Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1 Анализ принципов построения и функционирования сетей подвижной связи 15
1.1 Этапы развития систем подвижной связи 15
1.2 Услуги сетей подвижной связи. Концепция виртуального домашнего окружения. Сценарии реализации концепции VHE 46
1.3 Задачи исследования и системный подход к их решению 58
Выводы: 61
РАЗДЕЛ 2 Разработка методов оценки вариантов структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения в сетях подвижной связи 3G 63
2.1 Структурно-функциональное построение систем подвижной связи третьего поколения 63
2.2 Разработка модели структурно-функционального построения концепции VHE 72
2.3 Определение критерия оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения 80
2.4 Разработка метода расчета параметров нагрузки компонент подвижных сетей связи 3G, участвующих в реализации концепции VHE 82
Выводы: 86
РАЗДЕЛ 3 Разработка методов оценки вероятностно-временных характеристик вариантов структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения 87
3.1 Математическая модель реализации услуги в рамках концепции виртуального домашнего окружения 87
3.2 Вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE 91
3.3 Оценка времени затрачиваемого на доставку заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE 104
Выводы: 120
РАЗДЕЛ 4 Имитационное моделирование реализации услуг в рамках концепции виртуального домашнего окружения 121
Выводы 137
Заключение 138
Литература:
- Услуги сетей подвижной связи. Концепция виртуального домашнего окружения. Сценарии реализации концепции VHE
- Определение критерия оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения
- Вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE
- Оценка времени затрачиваемого на доставку заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE
Введение к работе
Актуальность проблемы и состояние вопроса. Настоящий этап развития телекоммуникаций характеризуется интенсивной разработкой и внедрением в эксплуатацию систем подвижной связи третьего поколения (3G - Third Generation), которые смогут обеспечить своих пользователей более широким спектром дополнительных услуг по сравнению с сетями предыдущих поколений [4]. Начало разработки спецификаций на системы подвижной связи 3G было положено еще в 80-х годах, когда в рамках Международного союза электросвязи (ITU -International Telecommunication Union) был сформулирован проект "Перспективной сухопутной мобильной телекоммуникационной системы общего пользования" (FPLMTS - Future Public Land Mobile Telephone System). Спустя десять лет в результате сотрудничества ITU с ведущими мировыми институтами по стандартизации были одобрены технические спецификации для систем подвижной связи 3G как 1МТ-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Принятые ITU решения определили ряд фундаментальных подходов к реализации проекта IMT-2000. Первая в мире сеть подвижной связи 3G, соответствующая спецификациям ГМТ-2000, была запущена в коммерческую эксплуатацию в Южной Корее в октябре 2000 года. Дальнейшее развертывание сетей подвижной связи третьего поколения продолжилось в США, Японии и других странах мира. На начало марта 2003 во всем мире в коммерческой эксплуатации находилось уже более 40 сетей подвижной связи 3G? число абонентов которых, превысило 45 миллионов [79,80,81].
Основной задачей подвижных сетей связи третьего поколения, как и любых других телекоммуникационных сетей, является обслуживание абонентов с заданными критериями качества. В соответствии с
рекомендациями сектора стандартизации в области телекоммуникаций Международного союза электросвязи (ITU-T - International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector), Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETST -European Telecommunication Standars Institute) и партнерского объединения 3GPP (Third Generation Partnership Project) в сетях подвижной связи 3G5 для обеспечения возможности своим абонентам пользоваться услугами "домашней" сети находясь за ее пределами - в "визитной" сети, вводится концепция виртуального домашнего окружения (VHE - Virtual Home Environment) [11,49]. Вышеуказанные рекомендации предусматривают множество вариантов структурно-функционального построения концепции VHE.
Поскольку существуют различные варианты структурно-функционального построения концепции VHE, то на этапе ее проектирования и развития возникает задача выбора того или иного варианта - сценария реализации концепции виртуального домашнего окружения. Для решения поставленной задачи необходимо обладать инструментом, позволяющим оценивать варианты структурно-функционального построения концепции VHE.
О важности этой задачи говорит и внимание, уделяемое ей разработчиками оборудования, проектировщиками и операторами подвижной связи, на страницах как отечественных, так и зарубежных печатных и электронных изданий. Но в большинстве публикаций, посвященных данной тематике, чаще приводятся только сами сценарии реализации концепции виртуального домашнего окружения и не делается их анализ [11,13,14,49,50]. В некоторых работах, варианты структурно-функционального построения концепции VHE оцениваются по объему передаваемой сигнальной информации [45]. При этом не уделяется внимание оценке влияния выбора того или иного сценария на качество
реализации услуг, а значит и на степень удовлетворения этими услугами конечным пользователем.
Большое число возможных сценариев реализации концепции VHE, их сложность и сложность их аналитического описания, а также необходимость формализации вычислительных процедур требуют разработки методов оценки вариантов структурно-функционального построения концепции VHE.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка методов оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения в подвижных сетях связи третьего поколения, которые позволяют определить рациональный вариант структурного и функционального построения концепции VHE по критерию качества реализации услуг и заданных исходных данных. Основными задачами при этом являются: разработка модели структур но-функционального построения концепции VHE; разработка методов оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения; расчет параметров нагрузки подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE,
Научная новизна работы заключается в постановке задачи и новизне предмета исследования. При этом новыми результатами являются:
модель структурно-функционального построения концепции VHE, отражающая взаимосвязь компонент подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации этой концепции, и различные варианты распределения функций процесса реализации услуг;
критерий оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения;
метод расчета параметров нагрузки подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE, который
*
позволяет определить интенсивность потока заявок на каждую компоненту;
математическая модель реализации услуг в рамках концепции VHE; метод оценки времени, затрачиваемого на передачу заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, которые участвуют в реализации концепции VHE;
метод оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения подвижных сетей связи третьего поколения.
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, теории графов, а также работы В.И. Данилова, Н.С. Чагаева и некоторых других авторов, посвященные исследованию вопросов оценки качества обслуживания вызовов в стационарной телефонной сети. Экспериментальные исследования производились на основе метода имитационного моделирования на ЭВМ.
Практическая ценность работы заключается в следующем: разработанные аналитические методы оценки сценариев реализации концепции VHE доведены до форм, пригодных для практического использования;
полученные вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE могут быть использованы при реальном проектировании сетей подвижной связи 3G;
разработанные имитационные модели дают возможность, наряду с аналитическими методами, производить оценку сценариев реализации концепции VHE.
Вклад автора в решение проблемы- Основные научные положения, теоретические и практические исследования, выводы и рекомендации получены автором самостоятельно. К ним относятся: метод оценки сценариев реализации концепции VHE; модель структурного и
функционального построения концепции VHE; критерий оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения; метод расчета параметров нагрузки подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE; математическая модель реализации услуг в рамках концепции VHE; метод оценки времени, затрачиваемого на передачу заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VH.E; имитационные модели исследования вариантов структурного и функционального построения концепции VHE в сетях подвижной связи 3G.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (2002, 2003 гг,)> международных телекоммуникационных симпозиумах "Белые ночи в Санкт-Петербурге" (2002, 2003 гг.). Имеются акты использования результатов диссертационной работы.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в материалах научно-технических конференций, международных симпозиумов, форумов и журналов - всего 12 работ, К защите представлены следующие тезисы:
задержка времени реализации услуги зависит от выбранного варианта структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения;
при оценке качества реализации услуг необходимо учитывать структуру сетей, участвующих в реализации концепции VHE, распределение функций процесса реализации услуг между компонентами этих сетей, интенсивность потока заявок на каждую услугу,
интенсивность потока заявок на каждую компоненту, дисциплину
обслуживания заявок;
реализация разработанных методов, для которых получены
аналитические выражения и составлены имитационные модели,
позволяет выбирать сценарий реализации концепции VHE по заданному
критерию;
при оценке конкретного варианта структурно-функционального построения концепции VHE возможно использование аналитических методов, метода имитационного моделирования, а также их сочетания. Объем н структура диссертации. Диссертация состоит из введения,
четырех разделов, заключения и одного приложения. Работа содержит
164 страницы текста, включая 37 рисунков, 10 таблиц и
библиографический список из 92 наименований.
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, перечислены основные научные результаты диссертации, приведены основные положения, выносимые на защиту, пояснены структура и объем диссертации, определены практическая ценность и сведения об апробации работы и кратко изложено ее содержание.
В первом разделе производится анализ принципов построения и основных этапов развития систем подвижной связи. Рассмотрены основные подходы, выработанные в международных органах по стандартизации в области телекоммуникаций к построению систем подвижной связи третьего поколения, а также услуги предоставляемые в этих сетях. Дано определение концепции виртуального домашнего окружения. Определены сценарии реализации концепции VHE. Сформулирована задача оценки сценариев реализации концепции VHE и определен системный подход к ее решению.
Во втором разделе осуществлена разработка модели структурного и функционального построения концепции VHE. Определен критерий оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения. Разработан метод расчета параметров нагрузки на компоненты подвижных сетей связи, участвующих в реализации концепции VHE. Обоснован выбор метода аналитического описания концепции VHE, на основании которого разработан метод оценки варинатов структурного и функционального построения этой концепции. При этом в качестве критериев оценки любого сценария реализации концепции VHE, предлагается использовать степень его удовлетворения показателям качества реализации услуг, которые выражаются в виде вероятностно-временных характеристик заданных в рекомендациях ITU-T.
В третьем разделе определена математическая модель реализации услуг, позволяющая получить вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE. Получен математический аппарат, который позволяет оценивать варианты структурного и функционального построения концепции VHE, Построены графики функции распределения условной верятности времени реализации услуг и среднего значения этого времени,
В четвертом разделе проводится экспериментальные исследования вариантов структурного и функционального построения концепции VHE на ЭВМ, Создана имитационная модель реализации услуг в рамках концепции виртуального домашнего окружения, позволяющая наряду с аналитическими методами оценивать сценарии реализации концепции виртуального домашнего окружения по заданным критериям.
В заключении сформулированы основные теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе.
В приложениях приводятся программы для оценки сценариев реализации концепции VHE на языке GPSS.
Автор приносит благодарность научному руководителю В,И. Данилову за помощь, оказанную в работе над диссертацией, а также коллективу кафедры «Систем коммутации и распределения информации», который участвовал в обсуждении основных положений работы.
Услуги сетей подвижной связи. Концепция виртуального домашнего окружения. Сценарии реализации концепции VHE
Принципиальное отличие сетей подвижной связи третьего поколения от сетей подвижной связи предыдущих поколений - возможность обеспечить большую скорость передачи информации на радиоучастке: 2,048 Мбит/с - для работы в офисе, 384 кбит/с - для пешеходов и 144 кбит/с - для подвижных абонентов [11]. Более высокие скорости передачи обеспечивают пользователям этих сетей больший объем услуг, прежде всего это касается мобильного доступа к ресурсам сети Интернет с удовлетворяющей потребителя скоростью. Сети подвижной связи 3G позволяют передавать и получать большие объемы данных, видеоизображения, музыкальные файлы и другую мультимедийную информацию в режиме реального времени [67].
При этом уже зарекомендовавшие себя услуги сетей предыдущих поколений, активно применяются и в сетях 3G. К этим услугам, в первую очередь, нужно отнести услугу обмена короткими сообщениями SMS (Short Message Service). SMS - это технология передачи данных в сетях мобильной связи, которая позволяет обмениваться текстовыми (буквенно-цифровыми) сообщениями между мобильными терминалами и другим телекоммуникационным оборудованием [69], С помощью SMS можно организовать широкий спектр разнообразных сервисов: уведомление абонента о поступлении сообщений электронной или голосовой почты, отправка SMS с персонального компьютера через сеть Интернет, предоставление информации о состоянии счета абонента, доступ к информационно-справочным службам для получения разнообразной информации (прогноз погоды и курсы валют, новости, программа телепередач, информация о товарах и услугах и многое другое). Как известно, технология SMS позволяет передавать текстовые сообщения длиной до 160 символов или бинарные сообщения длиной до 140 байт.
Использованием дополнительного служебного поля в теле короткого сообщения сообщения, открывающего возможности описания форматов пользовательских данных и объединения нескольких сообщений в одно, можно расширить возможности SMS, для чего было разработана технология EMS (Enhanced Message Service), Она позволяет передавать форматированный текст, небольшие по объему картинки и аудио. Но потребности пользователей подвижных сетей постоянно росли. Появилось желание передавать более качественную аудио- и видеоинформацию. Для удовлетворения такого спроса технологии EMS не достаточно.
Так в качестве альтернативы уже зарекомендовавшим себя услугам SMS и EMS пришла услуга мультимедийных сообщений MMS (Multimedia Message Service). MMS - это термин, обозначающий технологию, позволяющую пользователям подвижных сетей обмениваться сообщениями с форматированным текстом, изображениями, обмениваться аудио- и видеофайлами. Для представления пользовательской информации могут быть использованы, стандартные форматы кодирования: US-ASCI1 - для текстовой информации, МРЗ - для аудиофайлов, MPEG4 - для просмотра видеороликов, JPEG - для графической информации и AMR - для кодирования речи. Все виды передаваемой информации объединяются в мультимедийное сообщение посредством спецификации MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions), хорошо известной тем, кто имеет дело с электронной почтой. Этот стандарт описывает правила пересылки по электронной почте исполняемых, графических, мультимедийных, смешанных данных и просто текстовых файлов. При этом полученное мультимедийное сообщение может быть отравлено (получено) в подвижных сетях, стационарных сетях, сети Интернет и других сетях, В последнее время многие провайдеры ориентируются на использование технологии USSD (Unstructured Supplementary Service Data) для организации интерактивных услуг. USSD - это технология передачи данных в мобильных сетях стандарта GSM, позволяющая организовать интерактивное взаимодействие между абонентом и сервисными приложениями оператора. Технология USSD имеет определенное сходство с SMS (и технически, и функционально), но, в отличие от технологии SMS, где время передачи сообщений жестко не регламентируется, технология USSD позволяет обеспечить интерактивный режим взаимодействия абонента с сервером приложений, за счет того, что USSD является сессионно-ориентированной технологией (передача данных идет в рамках установленной сессии). При этом технология USSD позволяет передавать больший объем пользовательской информации в одном сообщении (SMS ограничивается 160 знаками в стандартной колировке, а максимальная длина сообщения USSD - до 180 знаков). Услуги, предоставляемые с использованием технологии USSD очень похожи на службы IVR (Interactive Voice Response), Однако, при этом у USSD есть ряд существенных отличий и преимуществ. Основное отличие состоит в том, что обмен информацией между абонентом и USSD-сервером осуществляется путем передачи информации непосредственно по сигнальному каналу, без занятия разговорных каналов. Первоначально USSD-сервис был предназначен для предоставления абоненту возможности самостоятельно управлять профилем своих услуг в HLR (Home Location Register) и взаимодействовать со встроенными в HLR сервисами. Позже технология была расширена возможностями подключения внешних приложений, и теперь она идеально подходит для работы с информационными сервисами, подразумевающими диалоговую структуру: справочные службы, банковское обслуживание, текущее обслуживание абонентов и т.п. - вплоть до предоставления абонентам использующих предоплаченные карты (Prepaid) возможности получать услуги связи, находясь в роуминге - через аналог заказной системы обслуживания (заказ разговора производится через запрос U3SD).
Как уже было отмечено ранее, на базе технологий SMS, EMS, MMS, USSD предоставляется целый комплекс привлекательных информационных услуг. Обычно, для того чтобы активизировать какую-либо услугу, необходимо послать на определенный сервисный номер запрос (например, в виде SMS-сообщения) с кодом требуемой услуги. Однако такая схема зачастую оставляет пользователей в неведении относительно полного списка доступных им услуг. Устранить этот недостаток, позволила разработанная ETSI технология SIM Application ToolKit (STK). Эта технология позволяет оператору мобильной связи, используя дополнительное оборудование - сервер STK, создавать в мобильном терминале специализированное меню (SIM-меню), посредством которого абонент получает удобное средство доступа к разнообразным дополнительным услугам оператора [70].
Сегодня в условиях жесткой конкуренции на современном рынке подвижной связи зачастую выигрывает тот, кто сумел создать наиболее благоприятную среду в общении со своими клиентами, а также тот, кто сумел максимально эффективно донести информацию о себе до потенциальных клиентов. Учитывая это, большую популярность в подвижных сетях получили услуги, предоставляемые современными контакт - центрами. Внедрение контакт-центров - это один из многочисленных способов эффективно организовать взаимодействие со своими клиентами, когда у последних возникают какие-либо вопросы ил и проблем ы. В ряд услуг создающих комфорт пользовател ю справедливо отнести и услугу предоплаченных карт, которая удобна как абоненту, так и оператору мобильной связи. Основное преимущество предоплаченных услуг это не только упрощение взаимодействия клиента с оператором, но и отсутствие даже потенциальной возможности появления задолженности за предоставленные услуги связи. В сетях 3G также имеют своего пользователя ставшие традиционными услуги речевой почты, которые обеспечивают возможность доступа абонентов к функциям централизованного автоответчика, услуги оповещения, автоинформационные услуги (точное время, прогноз погоды, информация о расписании поездов, автобусов или самолетов и т.д).
Принципиально новые виды услуг, появивишиеся только в последние годы - это услуги, связанные с определением местоположения мобильного абонента. Знание местоположения пользователя позволит провайдерам предлагать различные "контекстно-зависимые" услуги, например [89]: - информационные услуги (позволяют предоставлять актуальную информацию пользователям в зависимости от их местонахождения); - услуги слежения (используются в целях безопасности, для оказания технической, экстренной помощи, поиска различных объектов); - управление ресурсами (позволяют осуществлять управление транспортными средствами, выездным персоналом и т.п.); - услуги навигации (используются для информирования абонентов об оптимальном маршруте из одного пункта назначения в другой). Количество и разнообразие услуг, реализованных и потенциально реализуемых с использованием подобных систем очень велико, что представляется крайне привлекательным как для абонентов подвижных сетей, так и для мобильных операторов.
Существует два основных подхода к определению местоположения абонента: с использованием сигналов спутниковой системы GPS (Global Positioning System) и с использованием сигналов самих сотовых сетей. Первый способ очень точно позволяет определить координаты абонента, но требует специальных дорогостоящих терминалов, оснащенных GPS-приемниками. Метод определения местоположения мобильного терминала на базе существующей инфраструктуры сотовой сети в большинстве случаев менее точен, но значительно более экономичен с точки зрения операторского и пользовательского оборудования. Во втором, наиболее популярном методе, для получения необходимой информации абонент со своего мобильного телефона должен отправить на определенный сервисный номер SMS-запрос, содержащий ключевое слово или название рубрики. Система по номеру соты устанавливает район, откуда поступил запрос, и передает эту информацию контент-провайдеру. Если запрос успешно прошел обработку, то абоненту высылается ответ в виде нескольких пронумерованных SMS-сообщений с информацией об интересующих его объектах.
Определение критерия оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения
Согласно рекомендациям ITU, которые разработаны в рамках проекта IMT-2000, сеть подвижной связи 3G состоит из следующих функциональных подсистем, показанных нарис, 2.1 [11]: - функциональная подсистема User Identity Module (UIM) обеспечивает идентификацию пользователя сетью, процедуры безопасного доступа, как для абонента, так и для сети, а также может выполнять различные функции при выполнении дополнительных услуг. Функции UIM могут располагаться на отдельной от мобильного терминала (МТ) карте или могут быть физически интегрированы в МТ; - функциональная подсистема Mobile Terminal (МТ) обеспечивает возможность взаимодействия ШМ и сети радиодоступа (RAN), также как и UIM может выполнять различные функции при выполнении дополнительных услуг; - функциональная подсистема Radio Access Network (RAN) обеспечивает возможность взаимодействия МТ и базовой сети (CN) через радиоучасток, может выполнять различные функции при выполнении дополнительных услуг. Как было показано ранее, в основе подхода к реализации услуг в 3G, согласно рекомендациям ITU, может быть положена концепция интеллектуальной сети [11-14]. Основополагающим требованием к архитектуре TN является отделение функций предоставления услуг от функций коммутации. Функции коммутации, как и для стационарных сетей остаются в коммутационных станциях, а функции управления создания и внедрения услуг выносятся в создаваемую отдельно "интеллектуальную" надстройку, подключаемую посредством стандартизованных интерфейсов.
Как было отмечено ранее, VHE - сетевая возможность, обеспечивающая абонентов аналогичными услугами, на которые они подписаны в "домашней" сети, при их нахождении в "визитной" сети. В общем случае структур но-функциональное построение концепции VHE можно разделить на 2 функциональные части: системы обработки информации и сеть передачи сигнальной информации. Система обработки информации представляет собой набор компонент, каждая из которых, реализует определенную функцию в рамках концепции VHE, Чтобы поддерживать VHE, эти компоненты должны иметь возможность взаимодействовать друг с другом. Так как компоненты реализующие концепцию VHE могут принадлежать не одной, а нескольким сетям, то сеть передачи сигнальной информации будет состоять из межсетевого интерфейса (NNI) - совокупности сигнальных каналов связывающих эти сети и сигнальной сети между компонентами в пределах каждой из сетей. Типы функциональных сетей участвующих в VHE, которые могут быть связаны: - "домашние сети" - это сети, которые содержат профили услуг и другую информацию, связанную с пользователем; - "поддерживающие" сети - это сети, которые поддерживают услуги интеллектуальных сетей XN и могут являться частью "домашней " сети; - "визитные сети" обслуживающие 3G пользователей. Формализовать структурно-функциональное построение реализации концепции VHE удобно в виде графа. На этом графе необходимо показать все компоненты, которые могут участвовать в реализации концепции VHE, в каждой из вышеобозначенных сетей и соответствующие связи между ними. Исходя из принципов обслуживания вызовов в сотовых сетях связи [1,4] в "домашней" сети абонента в реализации концепции VHE могут принимать участие следующие компоненты: SCP, IP, SDP, HLR, АС7 GMSC, PDGN. "Поддерживающая" сеть, как известно, может состоять из трех компонент SCP, SDP, IP [6]. В "визитной11 сети в реализации концепции VHE могут принимать участие все компоненты сети 3G. Эти рассуждения приведены на рис. 2.3, 2.4, 2,5. Так как в реализации концепции VHE могут участвовать 3 сети: "домашняя", "поддерживающая" и "визитная", то наиболее удобным представляется эти сети считать равноправными с точки зрения реализации данной концепции. В зависимости от степени участия каждой из компонент в VHE в каждой из этих сетей.можно выделить несколько уровней иерархии (рис,2.6). В общем виде вышеизложенное можно представить в терминах теории графов [77]. Граф структурно-функционального построения концепции VHE G =(5, ) изображен на рис. 2.7, При этом описанные ранее уровни иерархии соотвествуют к, к+1, к+2т к+3? к+4, к+5 уровням. Множество вершин графа О NNI.
Предложенная модель структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения в виде древовидного графа задает множество различных вариантов структурного построения концепции VHE, каждый из которых имеет различные варианты распределения функций по реализации услуг межу компонентами и определяет подход к исследованию характеристик различных сценариев реализации концепции VHE.
Основной задачей подвижных сетей связи третьего поколения, как и любых других телекоммуникационных сетей, является обслуживание абонентов с заданными критериями качества. Как уже было отмечено ранее, в сетях 3G, для обеспечения возможности своим абонентам пользоваться услугами "домашней" сети находясь за ее пределами - в "визитной" сети, вводится концепция виртуального домашнего окружения, сценарии реализации которой, были определены ранее. При этом качество реализации услуг в "визитной" сети должно быть, по крайней мере, не хуже чем в "домашней" сети пользователя. В соответствии с этим, в качестве критериев оценки любого сценария реализации концепции VHE, предлагается использовать степень его удовлетворения показателям качества реализации услуг. Как было уже отмечено, в основе подхода к реализации услуг в подвижных сетях 3G, согласно рекомендациям ITU, может быть положена концепция интеллектуальной сети. Оценке качества реализации услуг в IN посвящен целый ряд работ [46,47], в которых проводится исследование влияния задержки вносимой интеллектуальной сетью в процесс обслуживания вызова на степень удовлетворенности пользователя качеством предоставляемых услуг.
Вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE
Для решения задачи оценки ВВХ любого сценария реализации концепции VHE и сравнения их с установленными рекомендациями ITU нормативными показателями, в данной работе предлагается представить процесс реализации услуги в виде одной из моделей систем массового обслуживания (СМО). Для несложных СМО удается получить строгие аналитические выражения, описывающие соответствующие характеристики системы. Однако, по мере усложнения СМО, аналитические выражения, описывающие приведенные выше ВВХ исследуемой системы, становятся более громоздкими и трудно применимыми на практике.
Как было отмечено ранее, процесс реализации і-й услуги инициируется поступлением заявки на эту услугу (срабатыванием триггерной точки) и заключается в выполнении цепочки из J функций (фаз) необходимых для ее реализации. При этом, каждая компонента структурно-функционального построения исследуемого сценария VHE может участвовать в реализации і-й услуги, выполняя определенное число фаз. Таким образом, процесс реализации і-й услуги можно представить многофазной СМО. Такие СМО наименее изучены в теории массового обслуживания в силу сложности получаемых результатов, которые, как правило, не находят практического применения. Как показано в [55,57,59] исследование многофазных систем значительно упрощается в условиях независимости отдельных фаз. При этом каждая компонента представляется в виде однолинейного обслуживающего прибора (ОП) с определенной организацией дисциплины обслуживания. Полученная СМО является J-фазной системой состоящей из R обслуживающих приборов причем J . R . В терминах классификации Кендалла каждый ОП можно формализовать записью общего вида: G/G/1, означающей произвольное распределение поступления числа заявок на каждый ОП, произвольное время, затрачиваемое на обслуживание заявки, один прибор обслуживания, неограниченное число мест для ожидания в очереди и бесконечное число источников заявок на обслуживание.
В общем случае поток заявок поступающих на каждый ОП является случайным. Предположим, что поток заявок на ОП от различных услуг, а также заявки связанные с поступлением уже существующей нагрузки образуют сумму большого числа независимых стационарных ординарных потоков, влияние каждого из которых, в этой сумме ничтожно мало. При этих допущениях суммарный поток близок к простейшему. Данный факт, подтвержденный рядом исследований проведенных в [53], позволяет перейти к исследованию более упрощенной с аналитической точки зрения модели M/G/1, что означает простейший входящий поток заявок на обслуживание - М, произвольное время затрачиваемое на обслуживание заявки - G, один прибор обслуживания, неограниченное число мест для ожидания в очереди и бесконечное число источников нагрузки.
Для поведения модели М/G/l воспользуемся результатами аппроксимации, полученными в работах [55,56] с последующим доказательством правомочности используемых приближений методом имитационного моделирования. Необходимость такой аппроксимации диктуется значительной сложностью получения соответствующих аналитических выражений, что сильно затрудняет выполнение практических расчетов и оценок. Сущность одного из способов аппроксимации заключается в том, что реальное распределение Hr{t) времени пребывания заявки на r-м обслуживающем приборе (система, состоящая из обслуживающего прибора и очереди перед ним) заменяется распределением Hr (t) модели M/D/1. Как показано в [55,57] ошибки аппроксимации Hr(t) являются вполне приемлемыми для применения такой модели на практике. Представленные далее результаты имитационного моделирования позволяют определить возможность использования данного способа аппроксимации при различных условиях и оценить точность получаемых при этом результатов. Таким образом, функционирование каждого ОП? в терминах классификации Кендалла, формализуется записью М/D/l, означающей простейший входящий поток заявок на обслуживание - М, постоянное время обслуживания заявок (реализации функции) - D, один прибор обслуживания, неограниченное число месі для ожидания в очереди и бесконечное число источников заявок на обслуживание. Определим вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE. Исходными данными для расчета ВВХ являются приведенные выше значения нагрузочных характеристик сетей 3G.
Как было отмечено ранее, нормативные показатели качества реализации услуг для набора CS-1 представлены в рекомендациях ITU в виде допустимого времени, на которое приостанавливается обслуживание вызова после срабатывания триггерной точке при заданном значении ограничения условной вероятности и его среднего значения. Таким образом, задачу оценки ВВХ любого сценария реализации концепции VHE можно свести к определению функции распределения времени реализации 1-й услуги среднего значения этого времени / . Численные значения сравнить с принятыми нормами или с нормами ITU и определить степень удовлетворения каждого из исследуемых сценариев реализации концепции VHE заданному качеству реализации услуг. На основании полученных результатов может быть сделан выбор в пользу того сценария реализации концепции VHE, который бы при прочих равных условиях удовлетворял нормам ITU и обеспечивал наименьшую задержку времени реализации услуг. В случае, если необходимо привести какой-либо из исследуемых сценариев реализации концепции VHE в соответствие с этими нормами, полученные результаты также позволят выработать рекомендации по изменению соответствующих характеристик компонент, таким образом, чтобы заданное качество реализации услуг было достигнуто.
Оценка времени затрачиваемого на доставку заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE
Как было отмечено ранее, время занятия г-го обслуживающего прибора при реализации j-й фазы і-й услуги (Тп) складывается из задержек на обработку заявки в ОП - Т и времени ее доставки между ОП - Tr. . Подход к определению времени обработки заявок в микропроцессорных системах, которой является и рассматриваемый ОП, предложен в ряде работ, посвященных оценке функционирования систем управления узлов коммутации работающих по записанной программе [55,59]. Таким образом, величинаТ представляется в виде времени выполнения программ в обслуживающем приборе при реализации j-й фазы і-й услуги, которое, главным образом, зависит как от организации программного обеспечения, так и от производительности процессора данного ОП. Результаты, полученные в указанных работах, позволяют с достаточной для практики степенью точности определить. Как уже было отмечено ранее, в реализации определенной услуги может участвовать один и более обслуживающих приборов (компонент) как "визитной" так и "домашней" ("поддерживающей1 ) сети абонентов. Сложность получения Тп обусловлена, прежде всего, многообразием вариантов построения сетей сигнализации, в которых передаются заявки между этими ОП, и большим объемом используемых на этих сетях систем сигнализации. На сегодняшний день, основной системой сигнализации в сотовых сетях связи является система ОКС №7? которая согласно рекомендациям ITU [14,19] может быть использована в сетях подвижной связи 3G. При этом предложенный далее подход к определению величины ZV в сети ОКС №7 может быть использован в любой другой пакетной сети сигнализации построенной на базе семейства других протоколов. Время TV, в системе ОКС№7 согласно [44] начинается в момент, когда заявка покидает вышестоящую подсистему над SCCP в исходящем пункте сигнализации - ОП СС, и заканчивается, когда заявка попадает в вышестоящую подсистему над SCCP в пункте назначения - ОП/э.
Передаваемая заявка, прежде чем попасть в пункт назначения, может проходить через транзитные пункты сигнализации STP или/и SPR, среднее число которых, равно N и N соответственно и зависит от конфигурации сети сигнализации между ОП ОС и ОП (3, где: a = l,R; R - общее число ОП, участвующих в исследуемом сценарии реализации концепции VHE. В общем случае (в режиме нормальной работы сигнальных звеньев и без учета повторной передачи которая будет принята во внимание далее) можно выделить следующие составляющие времени доставки заявки [44]: 1) Время пребывания заявки в исходящем ОП Т - это период времени начинающийся когда последний бит заявки покидает вышестоящую подсистему над SCCP и заканчивающийся когда последний бит заявки попадает на уровень МТР1 в ОП СС (рис. 3.8), Время пребывания заявки в исходящем ОП можно разделить на три составляющие: время пребывания заявки на уровне SCCP - Th , время пребывания заявки на уровне МТРЗ - Tjt и время пребывания заявки на уровне МТР2- Ты: Под временем пребывания заявки на уровне SCCP (Tfil ) следует понимать период времени начинающийся когда последний бит заявки покидает вышестоящую подсистему над SCCP и заканчивающийся, когда последний бит заявки покидает подсистему SCCP. Т} включает в себя время передачи заявки от вышестоящей подсистемы над SCCP к уровню SCCP, время ожидания в очереди перед уровнем SCCP и время обработки на уровне SCCP; Под временем пребывания заявки на уровне МТРЗ (Tht) следует понимать период времени начинающийся когда последний бит заявки покидает подсистему SCCP и заканчивающийся, когда последний бит заявки попадает на уровень МТР2. Thi включает в себя время передачи заявки от подсистемы SCCP к уровню МТРЗ, время ожидания в очереди перед уровнем МТРЗ, время обработки на уровне МТРЗ и время передачи от уровня МТРЗ на уровень МТР2; Под временем пребывания заявки на уровне МТР2 (T{i) следует понимать период времени начинающийся когда последний бит заявки попадает на уровень МТР2 и заканчивающийся когда последний бит заявки попадает на уровень МТР1; 2) Время пребывания заявки в транзитном пункте сигнализации STP Г(- это период времени начинающийся когда последний бит заявки покидает входящий уровень МТР1 и заканчивающийся когда последний бит заявки попадает на исходящий уровень МТР1 в транзитном пункте STP(pnc.3.9); 3) Время пребывания заявки в транзитном пункте сигнализации SPR Т - это период времени начинающийся когда последний бит заявки покидает входящий уровень МТР1 и заканчивающийся когда последний бит заявки попадает на исходящий уровень МТР1 в транзитном пункте SPR(PHC.3.10); 4) Время пребывания заявки во входящем ОП /) Тю- это период времени начинающийся когда последний бит заявки покидает уровень MTPI и заканчивающийся когда последний бит заявки попадает в вышестоящую подсистему над SCCP (рис.3.11) во входящем ОП. Tw включает в себя время передачи заявки от уровня МТР1 к уровню МТР2, время ожидания в очереди перед уровнем МТР2, время обработки на уровне МТР2, время передачи от уровня МТР2 на уровень МТРЗ, время ожидания в очереди перед уровнем МТРЗ, время обработки на уровне МТРЗ, время передачи от уровня МТРЗ на уровень SCCP, время ожидания в очереди перед уровнем SCCP, время обработки на уровне SCCP, время передачи от уровня SCCP на вышестоящие уровни; 5) Время распространения заявки по звену данных сигнализации Т это период времени начинающийся когда последний бит заявки.
