Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование и анализ принципов построения транзитной сети операторов мобильной связи 20
1.1. Общие положения 20
1.2. Анализ структуры транзитной сети связи 20
1.3. Анализ маршрутизации вызовов на транзитной сети связи при ее взаимодействии с сетями сотовой и фиксированной связи 22
1.4. Анализ рекомендаций МСЭ-Т по маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи 25
1.5. Анализ принципов построения сети сигнализации транзитной сети операторов мобильной связи 32
1.6. Анализ сценариев установления и разрушения соединений по протоколу ISUP 39
1.7. Выводы 42
Глава 2. Исследование информационной и сигнальной нагрузки на транзитной сети операторов мобильной связи 43
2.1. Общие положения 43
2.2. Исследование сигнальной нагрузки на направлениях связи, связанных с информационными каналами 44
2.3. Исследование длительности разговоров 47
2.4. Коэффициент отношения информационной нагрузки к сигнальной 49
2.5. Определение среднего времени установления соединения на транзитной сети операторов мобильной связи 50
2.6. Исследование с помощью имитационного моделирования поведения сети при наличии и отсутствии резервирования разговорных каналов 55
2.7. Выводы 59
Глава 3. Разработка и построение математической модели обслуживания вызовов на транзитной сети связи 61
3.1. Разработка алгоритма установления соединений на транзитной сети связи 61
3.1.1. Описание алгоритма установления соединений на фрагменте транзитной сети связи 64
3.2. Разработка сценариев установления соединений и построение математической модели обслуживания вызовов на фрагменте транзитной сети операторов мобильной связи 67
3.3. Разработка алгоритма вычисления вероятностей блокировки вызовов в исследуемой системе массового обслуживания 74
3.3.1. Алгоритм вычисления вероятностей блокировок вызовов 74
3.4. Выводы 79
Глава 4. Исследование разработанного метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи 81
4.1. Исследование зависимости вероятности блокировки вызовов от числа разговорных каналов на первом этапе пути второго выбора 81
4.2. Исследование зависимости вероятности блокировки вызовов от числа разговорных каналов на втором этапе пути второго выбора 82
4.3. Исследование зависимости вероятности блокировки вызовов от числа разговорных каналов на пути первого выбора 83
4.4. Выводы 91
Заключение 93
Приложение 1 95
Приложение 2 111
Литература
- Анализ структуры транзитной сети связи
- Анализ рекомендаций МСЭ-Т по маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи
- Исследование сигнальной нагрузки на направлениях связи, связанных с информационными каналами
- Описание алгоритма установления соединений на фрагменте транзитной сети связи
Введение к работе
Актуальность темы. Последнее десятилетие характеризуется высокими темпами развития телекоммуникаций, при этом значительное развитие получили сети сотовой подвижной связи стандарта GSM 900 и 1800 МГц. При построении сетей сотовой подвижной связи используется новейшее оборудование, в частности, коммутаторы пятого поколения и система сигнализации ОКС №7, в которых нашли применение различные методы управления трафиком, разработанные ведущими российскими учеными: Г.П.Башариным, В.М.Вишневским, Я.С.Дымарским, Г.П.Захаровым, Н.П.Крутяковой, Н.А.Кузнецовым, В.Г.Лазаревым, А.Н.Назаровым, К.Е.Самуйловым, С.Н.Степановым, Г.Г.Яновским и др., а также зарубежными учеными: В. Иверсеном, Д. Кауфманом, Л. Клейнроком, К. Россом и др.
Рассматриваемая в диссертации транзитная сеть операторов мобильной связи (ТС) по своим функциям аналогична междугородным и международным стационарным сетям. Она состоит из транзитных центров коммутации сотовой подвижной связи (ТЦК СПС), локальных центров коммутации сотовой подвижной связи (ЛЦК СПС) и международных центров коммутации (МЦК), соединенных между собой цифровыми каналами связи. Ее особенностью является значительно больший (по сравнению со стационарными сетями связи) объем обрабатываемой сигнальной нагрузки, так как помимо сигнальной информации об установлении соединения по транзитной сети передается еще информация о местоположении мобильных абонентов, их регистрации в той или иной сети, дополнительных услугах, доступных этим абонентам. В связи с этим сеть сигнализации может подвергаться значительным перегрузкам, которые приводят к увеличению времени установления соединения и отказам.
В настоящее время на транзитной сети операторов мобильной связи используется фиксированная схема маршрутизации вызовов и процедура
последовательного предварительного бронирования разговорных каналов на время установления соединения и время ожидания ответа абонента, что приводит к неэффективному использованию ее ресурсов.
При резком увеличении нагрузки на сетях связи необходимое качество обслуживания вызовов на них может быть обеспечено при использовании эффективных методов повышения пропускной способности этих сетей.
Система сигнализации ОКС №7 является мощным средством управления информационной сетью. Использование ее возможностей позволяет решать задачи, связанные с управлением разговорным и сигнальным трафиком в изменяющихся условиях на транзитной сети, а также повысить эффективность использования ресурсов сети. В связи с этим задача разработки нового метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи является актуальной.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи, основанного на отказе о г предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа абонента. Для достижения этой цели в диссертационной работе решены следующие задачи: проанализированы принципы построения и схемы маршрутизации вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи; разработан новый алгоритм установления соединений; разработаны математическая модель обслуживания вызовов на ТС с использованием различных путей установления соединений и процедуры вычисления вероятности блокировки вызовов в исследуемой системе массового обслуживания.
Методы исследования. Для решения поставленной в
диссертационной работе задачи использовались методы теории
вероятностей, теории массового обслуживания, теории сетей связи,
имитационного моделирования и программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. В результате исследования на транзитной сети операторов
мобильной связи параметров нагрузки в условиях ее большого роста
получены следующие результаты:
определены средние значения длительностей сигнальных единиц протокола пользователя цифровой сети интегрального обслуживания (ISUP), участвующих в установлении соединений. Установлено, что с увеличением расстояния между центрами коммутации транзитной сети операторов мобильной связи доля сигнальной нагрузки, передаваемой между ними, уменьшается. Она составляет (от максимальной): 79-82% - на направлении Москва - Санкт-Петербург; 64-67% - на направлении Москва - Екатеринбург; 52-56%о - на направлении Москва - Хабаровск;
средняя длительность разговоров на различных направлениях транзитной сети операторов мобильной связи в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) составляет 47 секунд. Примерно 12%> разговоров имеют продолжительность менее 10 секунд;
в период с 2003 года по 2006 год на транзитной сети операторов мобильной связи в ЧНН наблюдался рост среднего времени установления соединения. Так, в 2003 году оно составило 4,2 секунды; в 2004 году - 4,4 секунды; в 2005 году - 4,7 секунды; в 2006 году - 5,1 секунды. Это объясняется перегрузками на транзитной сети операторов мобильной связи из-за резкого увеличения количества абонентов мобильной связи. Полученные результаты учитывались при исследовании эффективности использования ресурсов рассматриваемой транзитной сети связи.
2. Анализ причин отказов в установлении соединений на различных
направлениях транзитной сети операторов мобильной связи в ЧНН позволил
определить средний спектр занятий, который с доверительной вероятностью
0,95 составил: для вызовов, окончившихся ответом (Роо=0,73±0,03); для
вызовов, окончившихся не ответом (Рно=0,11±0,02); для вызовов,
окончившихся не установлением соединений (Рнс=0,16±0,02). Полученные
результаты использованы при разработке математической модели обслуживания вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи.
Введено понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов на пути первого выбора для осуществления гарантий установления соединений. Разработана процедура определения его значения по отношению к общему числу разговорных каналов на пути первого выбора, при достижении которого, для исключения отказов, установление соединений осуществляется по другим путям. Разработан алгоритм установления соединений, учитывающий порог гарантированного канального ресурса.
Разработана математическая модель обслуживания вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи, основанная на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа от вызываемого абонента. Математическая модель учитывает основную специфику транзитной сети операторов мобильной связи - последовательное управление установлением соединений; высокую связность; увеличение коэффициента концентрации нагрузки в ЧИН с увеличением расстояния между центрами коммутации; иерархическую структуру построения.
5. С учетом полученных характеристик среднего спектра занятий для
различных направлений связи, принципов построения и маршрутизации
вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи разработан
алгоритм для расчета вероятности потерь вызовов и предложена процедура
определения числа разговорных каналов, необходимых для эффективного
использования ресурсов транзитной сети. Разработаны рекомендации по
поддержанию в норме ее качественных показателей.
Личный вклад. Все результаты, приведенные в диссертационной
работе, получены автором лично.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в
доведении разработанного в ней метода до программной реализации на
ПЭВМ, что позволяет его использовать для решения задачи повышения пропускной способности существующих, а также при проектировании новых сетей связи, имеющих аналогичную с іранзитной сетью операторов мобильной связи структуру.
Разработанная для ПЭВМ программа позволяет проводить расчеты вероятности потерь вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи, практически при любой ее конфигурации.
Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для поддержания в норме качественных показателей транзитной сети связи, повышения ее пропускной способности и эффективного использования ресурсов.
Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы использованы в ОАО «Межрегиональный ТранзитТелеком», ООО «СЦС Совинтел», ЗАО «Инфотайм», ЗАО «Евросеть», в научно-исследовательской работе «Анализ показателей качества обслуживания информационной и сигнальной нагрузки на транзитной сети операторов мобильной связи», выполненной в НИЧ МТУ СИ, а также применяются в учебном процессе базовой кафедры МТУ СИ «Информационные сети и системы», что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы
докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях
профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического
состава МТУСИ (Москва, 2004 г., 2005 г.), на Международных форумах
информатизации, проводимых на базе МТУСИ (Москва, 2004 г., 2005 г.), на
59-ой и 60-ой научных сессиях Российского научно-технического общества
радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова, посвященных Дню
радио (Москва, 2004г., 2005 г.), на 5-ой Международной научной
конференции «Информационные сети, системы и технологии» (Москва,
2005 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
В результате анализа параметров нагрузки транзитной сети операторов мобильной связи установлено, что с увеличением расстояния между центрами коммутации доля сигнальной нагрузки, передаваемая между ними, существенно уменьшается. Примерно 12% разговоров имеют продолжительность менее 10 секунд. Из-за того, что в большинстве случаев при взаиморасчетах между операторами связи разговоры такой длительностью не тарифицируются, ресурсы сети используются неэффективно.
Разработанный алгоритм установления соединений позволяет отказаться от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа от вызываемого абонента, а также обеспечивает нормированное качество обслуживания вызовов. Он учитывает понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов и принципы маршрутизации вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи.
3. Разработанный в диссертационной работе метод позволяет повысить
пропускную способность транзитной сети операторов мобильной связи на 9-
14%, а также может эффективно использоваться на других сетях связи,
имеющих аналогичную с транзитной сетью связи структуру. Этот метод
учитывает специфику транзитной сети операторов мобильной связи -
иерархическую структуру построения, последовательное управление
установлением соединений, увеличение коэффициента концентрации
нагрузки в ЧНН с увеличением расстояния между центрами коммутации,
высокую связность. По результатам исследования разработанного метода
даны рекомендации по его применению.
4. Разработанный алгоритм определения вероятности потерь вызовов позволяет проводить расчеты для каждого маршрута установления соединений с учетом всех возможных путей, а также оценивать эффективность использования канальных ресурсов сети связи и качества обслуживания на ней вызовов. При использовании ПЭВМ с процессором Intel Pentium 4 с тактовой частотой 2,4 ГГц, для расчета вероятности потерь вызовов на рассматриваемом фрагменте транзитной сети операторов мобильной связи, при максимальном числе имеющихся разговорных каналов и интенсивности поступающих вызовов, требуется 6 минут.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 35 таблиц, список литературы состоит из 79 наименований.
Краткое содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность, сформулированы цели и задачи, перечислены основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, определена область их применения, приведены сведения об апробации работы, публикациях, а также представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе диссертационной работы проведен анализ структуры и принципов построения ТС, рассмотрены принципы маршрутизации вызовов на ТС при ее взаимодействии с сетями сотовой и фиксированной связи различных операторов.
Показано, что при обнаружении отказа в установлении соединения на участке пути в центре коммутации ТС, производится автоматическое перенаправление вызова на другой участок маршрута сети, исходящий из
данного центра коммутации, либо вызов получает отказ в установлении соединения. Эти отказы порождают потоки повторных вызовов, которые дополнительно занимают ресурсы сети связи.
Проанализированы рекомендации МСЭ-Т по маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи, принципы построения сети сигнализации 1С, сценарии установления и разрушения соединений по протоколу ISUP. Приведены классификация и краткий анализ схем маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи.
Анализ принципов маршрутизации вызовов на ТС показал, что на ней используется фиксированная схема маршрутизации вызовов и процедура последовательного обратимого управления установлением соединений, при этом осуществляется предварительное бронирование разговорных каналов.
Установлено, что ТС имеет два уровня: уровень 1 - магистральный, уровень 2 - региональный. Между двумя центрами коммутации ТС, кроме основного, существует еще, как минимум, два обходных пути.
Маршрутизация сигнальных сообщений на ТС обеспечивается на уровнях МТР (подсистема передачи сообщений) и SCCP (подсистема управления сигнальными сообщениями) системы сигнализации ОКС №7.
Проанализирована процедура установления и разрушения соединения по протоколу ISUP. Установлено, что существующие в настоящее время алгоритмы установления соединений осуществляют предварительное бронирование разговорных каналов на время, предшествующее ответу вызываемого абонента, что приводит к непроизводительному использованию ресурсов сети и снижению ее пропускной способности.
Также в первой главе диссертационной работы сформулирована задача разработки метода повышения пропускной способности ТС, основанного на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа вызываемого абонента.
Во второй главе диссертационной работы проанализированы результаты проведенных исследований на сети сигнализации ТС. Определены средний спектр занятия и наиболее часто возникающие причины отказов, получены распределения длительностей сигнальных единиц, участвующих в установлении соединений, и оценка среднего времени установления соединения на ТС. Средний спектр занятия с доверительной вероятностью 0,95 составил: для вызовов, окончившихся ответом -(Роо=0,73±0,03); для вызовов, окончившихся не ответом - (Р„о=0,11±0,02); для вызовов, окончившихся не установлением соединения - (Рнс=0,16±0,02).
Проведенные исследования на различных направлениях ТС показали, что значительная часть сигнальной нагрузки (примерно 11%), передаваемой по сети сигнализации ТС, не связана с установлением информационных соединений. Так, например, на направлении Москва - Санкт-Петербург, в среднем, на каждый разговор приходится 0,4 SMS сообщения; на направлении Москва - Екатеринбург - 0,6 SMS сообщения; на направлении Москва - Хабаровск - 0,83 SMS сообщения.
На основании анализа нагрузки на различных направлениях ТС определено, что на ней, как и на стационарной междугородной телефонной сети, имеет место рост коэффициента концентрации нагрузки в ЧНН с увеличением разницы во времени между центрами коммутации ТС.
Также во второй главе проведено исследование длительности разговоров на ТС и выведены формулы для определения среднего времени установления соединений на ТС.
Определено, что средняя длительность разговоров составляет 47 секунд. Около 12% разговоров имеют продолжительность 10 секунд. Так как в большинстве случаев при взаиморасчетах разговоры такой длительности не тарифицируются, использование ресурсов сети происходит неэффективно.
С помощью имитационного моделирования проведено исследование
поведения ТС при наличии и отсутствии резервирования разговорных
каналов. Установлено, что при отсутствии резервирования разговорных
каналов происходит увеличение использования ресурсов сети с сохранением качества обслуживания вызовов в пределах допустимых норм.
Выявлено, что для обеспечения качественной работы ТС необходимо соблюдать поддержание определенного соотношения между нагрузками на информационную и сигнальную сети.
В третьей главе диссертационной работы разработан и описан алгоритм установления соединений между абонентами операторов мобильной связи, присоединенных к ТС, на основании которого разработан метод повышения ее пропускной способности.
Введено понятие порога гарантированного канального ресурса, который используется для минимизации потерь при обслуживании вызовов и поддержания в норме качественных показателей работы сети. При достижении этого порога предложено сразу осуществлять установление соединения по пути второго и следующих выборов. Разработана процедура определения его значения по отношению к общему числу информационных каналов на пути первого выбора при различных значениях параметров исследуемой системы.
Также в третьей главе диссертационной работы поставлены и решены задачи разработки максимально приближенной к реальным условиям математической модели обслуживания вызовов на фрагменте транзитной сети и определения оптимальных значений ее параметров.
Кроме того, разработаны алгоритмы, позволяющие определить: вероятность отказа в установлении соединения вызывающему абоненту на путях первого и второго выбора; необходимое число разговорных каналов на путях первого и второго выбора для исключения отказов и эффективного использования ресурсов транзитной сети при применении разработанного метода повышения пропускной способности транзитной сети; значение интенсивности входящего в систему потока вызовов, при достижении которого необходимо осуществлять предварительное бронирование
информационных каналов на пути второго выбора для исключения отказов при установлении соединений.
Также в данной главе диссертационной работы разработан алгоритм вычисления вероятностей блокировки вызовов рассматриваемой системы массового обслуживания и написана программа для ПЭВМ, позволяющая проводить их расчет.
В четвертой главе диссертационной работы проведено исследование разработанного метода повышения пропускной способности ТС и оценена эффективность его использования.
Проведено исследование эффективности использования ресурсов ТС при применении разработанного метода повышения ее пропускной способности и без его применения.
Показано, что разработанные в диссертационной работе алгоритмы и методики позволяют эффективно и достаточно быстро проводить расчеты вероятности потерь вызовов на исследуемой сети и поддерживать в норме ее качественные показатели.
В результате проведенных исследований определены оптимальные значения порога гарантированного канального ресурса от общего числа разговорных каналов на пути первого выбора, при которых максимально исключаются перегрузки и отказы в установлении соединений.
Проведен анализ качества обслуживания вызовов на ТС и даны рекомендации по эффективному использованию ее ресурсов.
Определены оптимальные значения параметров, при которых обеспечивается эффективность работы сети: число каналов на каждом пути установления соединений; число резервных каналов на пути первого выбора; вероятность отказа вызову в установлении соединения; величина порога гарантированного канального ресурса по отношению к общему числу каналов на пути первого выбора.
Установлено, что разработанный в диссертации метод позволяет
повысить пропускную способность транзитной сети операторов мобильной связи на 9-14% с необходимым качеством обслуживания вызовов.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.
В приложениях к диссертационной работе приводятся: описание программы, позволяющей проводить вычисления вероятности блокировок вызовов в исследуемой системе массового обслуживания, и результаты исследований разработанного метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи.
Анализ структуры транзитной сети связи
Транзитная сеть СПС построена на базе транзитных центров коммутации (ТЦК СПС), локальных центров коммутации (ЛЦК СПС) и международных центров коммутации (МЦК), соединенных между собой цифровыми каналами связи по принципу «каждый с каждым». Транзитная сегь СПС разделена на семь участков в соответствии с географическим делением страны на административные округа. В каждом административном округе имеется ТЦК СПС, концентрирующий нагрузку от всех расположенных на этой территории ЛЦК СПС, через которые, в основном, замыкается трафик внутри региона [13]. Фрагмент ТС СПС представлен на рис. 1.1. ТС СПС имеет два уровня:
1. Магистральный (междугородный) уровень, состоящий из ТЦК СПС, размещаемых во всех федеральных округах РФ и соединенных между собой цифровыми каналами по принципу «каждый с каждым».
2. Региональный (зоновый) уровень, состоящий из ЛЦК СПС, размещаемых в субъектах РФ.
В целях оптимизации использования сетевых ресурсов, повышения пропускной способности и надежности направлений связи на местном и внутризоновом уровнях, основным вариантом подключения ЦК СПС операторов СПС к ТС СПС является их подключение к ЛЦК СПС. В случае отсутствия ЛЦК СПС в субъекте РФ, где размещаются ЦК СПС, данные ЦК СПС подключаются к ТЦК СПС, в зону обслуживания которого входит данный субъект РФ.
Локальные центры коммутации СПС предназначены для концентрации и передачи трафика от/к ЦК СПС, а также пропуска трафика от ТфОП и обратно. ЛЦК СПС размещаются в субъектах РФ, соединяются между собой
и не менее чем с двумя ТЦК СПС цифровыми каналми связи, подключаются к АМТС географических зон нумерации, на территории которых они размещаются, а также к ЦК местных и внутризоновых сетей связи [13].
Транзитные, локальные и международные центры коммутации ТС СПС соединяются между собой и с ЦК друї их сетей электросвязи цифровыми каналами по следующим основным направлениям: ТЦК СПС - ТЦК СПС; ТЦК СПС - АМТС, ТЦК СПС - МЦК1ССпс , ТЦК СПС - УАК, ТЦК СПС -ЛЦК СПС, МЦКтсспс - МЦКдругих операторов, ТЦК СПС - ЦК СПС, ЛЦК СПС -ЛЦК СПС, ЛЦК СПС - ЦК СПС, ЛЦК СПС - ЦК местных алей мектросвязи Для увеличения количества точек доступа к ресурсам ТС СПС, увеличения количества интерфейсов для подключения ЦК операторов связи и повышения эффективности использования цифровых каналов и ресурсов ТС СПС используются узлы доступа - статические мультиплексоры (УД).
В соответствии со структурой построения ТС СПС возможны следующие варианты маршрутизации вызовов при взаимодействии ТС СПС с сетями операторов СПС:
1. Между ЦК СПС разных операторов, расположенных в зоне обслуживания одного ТЦК СПС: ЦК СПС - ТЦК СПС - ЦК СПС; ЦК СПС- ЛЦК СПС - ТЦК СПС - ЦК СПС; ЦК СПС - ТЦК СПС ЛЦК СПС - ЦК СПС; ЦК СПС - опорный ЦК СПС - ТЦК СПС - ЦК СПС; ЦК СПС - опорный ЦК СПС - ЛЦК СПС - ТЦК СПС - ЦК СПС; ЦК СПС ЛЦК СПС - ТЦК СПС - ЛЦК СПС - ЦК СПС, ЦК СПС - ЛЦК СПС - ЛЦК СПС - ЦК СПС.
2. Между ЦК СПС разных операторов, расположенных в зонах обслуживания разных ТЦК СПС: ЦК СПС - ТС СПС - ЦК СПС. - далее по тексту под термином «ТС СПС» понимаются следующие маршруты вызовов: ТЦК СПС - ТЦК СПС; ЛЦК СПС - ЛЦК СПС; ЛЦК СПС - ТЦК СПС - ЛЦК СПС; ЛЦК СПС - ТЦК СПС - ТЦК СПС - ЛЦК СПС; ЛЦК СПС - ТЦК СПС - ТЦК СПС; ТЦК СПС - ТЦК СПС - ЛЦК СПС; МЦК 1С спс-ТЦК СПС-ЛЦК СПС; МЦК гсспс-ТЦК СПС.
3. Между ЦК СПС сети одного оператора или сетей разных операторов, расположенных в одном субъекте РФ: ЦК СПС0ІІері - ЛЦК СПС -ЦК СПСопср2; ЦК СПСопер, - ТЦК СПС - ЦК СПСопер2.
4. В случае установления соединения между абонентом оператора СПС РФ и абонентом зарубежного оператора СПС: ЦК СПС - ТС СПС - МЦК (MH 1 L) России " МЦК другой страны — ЦК- другой страны Для маршрутизации сигнального трафика в целях обеспечения международного роуминга абонентов сетей СПС происходит непосредственное подключение каналов к МЦК сетей связи зарубежных стран. В этом случае возможны следующие варианты установления соединений: ЦК СПС - ТЦК СПС - МЦК 1С спс - МЦК дру[ои CTpdHbI; ЦК СПС -ЛЦК СПС - ТЦК СПС - МЦК тс спс - МЦК другой страпь,
При взаимодействии федеральных сетей СПС со стационарной сетью ТфОП через ТС СПС возможны следующие варианты маршрутизации вызовов [13].
Анализ рекомендаций МСЭ-Т по маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи
При динамической транспортной схеме маршрутизации вызовов динамическая маршрутизация трафика объединяется с динамической маршрутизацией транспортной сети.
Постоянные схемы маршрутизации, в зависимости от порядка выбора путей, образующих группу, делятся на схемы с последовательным выбором путей и схемы с произвольным выбором путей.
При постоянной схеме маршрутизации с последовательным выбором путей в группе, пути всегда выбираются в определенной последовательности и занимается первый свободный путь [16]. Постоянные схемы маршрутизации с последовательным выбором путей, в зависимости от процедуры управления вызовом, делятся на схемы с последовательным управлением соединением и на схемы с управлением соединением со стороны исходящей станции.
Процедура последовательного управления соединением предусматривает сигнализацию по звеньям при последовательной передаче управляющих команд от одной коммутационной станции к другой [46]. Управление соединением со стороны исходящей станции предполагает, что исходящая коммутационная станция сохраняет контроль за установлением соединения между исходящей и входящей коммутационными станциями до его завершения.
Постоянные схемы маршрутизации с последовательным выбором путей и последовательным управлением соединением, в зависимости от способа выбора обходных путей, делятся на схемы с автоматическим направлением вызова на обходные пути (необратимое управление соединением) и схемы с автоматическим перенаправлением вызова (обратимое управление соединением).
Автоматическое направление вызова по обходному пути (AAR) представляет собой конкретный вид последовательного необратимого управления вызовом. Согласно этому способу маршрутизации, при обнаружении в коммутационном узле отказа на одном из участков пути, производится автоматическое переключение вызова на другой путь, либо вызову отказывается в установлении соединения. Возврат вызова на предыдущую станцию не производится. Таким образом, на всех станциях соединение устанавливается позвенно с передачей вызова и управления вызовом от станции к станции. В этом случае каждая транзитная станция осуществляет маршрутизацию вызовов к станции назначения путем выбора только одного участка пути.
Автоматическое перенаправление вызова (ARR) относится к последовательному обратимому управлению соединением. ARR - способ маршрутизации, позволяющий устанавливать соединение, когда вызов блокирован из-за перегрузки на начальной фазе установления соединения. В этом случае, при успешном установлении соединения между двумя станциями по ОКС №7, на предыдущую станцию передается специальный сигнал. При получении данного сигнала предыдущая станция делает попытку перемаршрутизации вызова с выбором пути на другую станцию. При последовательном управлении соединением передача специального сигнала осуществляется только на один предыдущий участок.
Все схемы маршрутизации приводят к разделению нагрузки между элементами сети. Однако могут быть разработаны такие схемы, которые обеспечили бы заранее запланированное распределение попыток вызова с возможностью выбора пути в направлении связи. Иными словами, маршрутизация с фиксированным разделением нагрузки опирается на фиксированный набор пропорций, каждая из которых указывает долю вызовов, направляемых по соответствующему пути.
На рассматриваемой в данной диссертационной работе ТС СПС используются постоянные схемы маршрутизации с последовательным выбором путей и последовательным обратимым управлением соединением.
Основной задачей динамических методов маршрутизации вызовов является обеспечение сквозного качества обслуживания от вызывающего абонента до вызываемого [41]. Для ТС СПС - от исходящего центра коммутации до входящего.
Методы динамической маршрутизации делятся на следующие три группы: с изменением схем маршрутизации во времени, изменением схем маршрутизации в зависимости от состояния сети и изменением схем маршрутизации в зависимости от событий.
В методах маршрутизации вызовов с изменением схем маршрутизации в зависимости от состояния сети, схемы маршрутизации изменяются автоматически. Для данного метода маршрутизации алгоритм определения схем маршрутизации выбирается в расчете на долговременное использование. Обмен информацией может производиться либо периодически, либо по мере необходимости. В методах маршрутизации с переключением по состоянию сети обычно применяется последовательное управление вызовом, при этом вызовы блокируются на тех транзитных станциях, где нет свободных путей в направлении установления соединения [52].
Исследование сигнальной нагрузки на направлениях связи, связанных с информационными каналами
В [8] показано, что мобильные сети, в огличие от стационарных, подвержены резким изменениям информационной и сигнальной нагрузки, которые возникают в результате непредсказуемых перемещений мобильных абонентов по зонам покрытия сети. Такие изменения нагрузки оказывают негативное влияние на качественные показатели работы сети (двукратное увеличение нагрузки на «неподготовленную» для ее принятия сеть, приводит, в среднем, к снижению качественных показателей работы сети на 25 - 30 %) и, как следствие, к значительному снижению доходов.
Так как одна из основных функций транзитной сети - передача разговорного и сигнального трафика между сетями различных операторов мобильной связи, присоединенных к ТС, то изменения информационной и сигнальной нагрузки на этих сетях, отражаются и на ТС (в частности - на ее качественных показателях). Необходимое качество обслуживания вызовов может быть обеспечено только при использовании эффективных методов управления нагрузкой и возникающими перегрузками на сети. Для разработки таких методов необходимо исследовать саму сеть связи и, особенно, ее сеть сигнализации, что было сделано и описано ниже.
Проведенные исследования на ТС в период времени с августа 2004 года по май 2006 года показали, что значительная часть сигнальной нагрузки, передаваемой по сети сигнализации ТС, не связана с установлением информационных соединений.
Сигнальная нагрузка от основных протоколов ОКС №7 распределилась следующим образом: 1. В августе 2005 года: ISUP = 41%; BSSAP = 0%; SMS = 5,4%; SCCP = 53,6%. 2. В ноябре 2005 года: ISUP = 47,4%; BSSAP = 4,7%; SMS = 7,4%; SCCP = 40,5%. 3. В феврале 2006 года: ISUP = 47,7%; BSSAP = 4,6%; SMS = 7,35%; SCCP = 40,35%. 4. В мае 2006 года: ISUP = 47,97%; BSSAP = 4,5%; SMS = 7,3%; SCCP = 40,23%.
Обработка полученных результатов исследования показала, что в среднем на каждый разговор приходится 0,4 SMS сообщения; 0,6 сообщения об изменении местоположения мобильною абонента и 0,2 сообщения BSSAP.
Исследование сигнальной нагрузки на направлении связи Москва -Екатеринбург
Сигнальная нагрузка от основных протоколов ОКС №7 распределилась следующим образом: 1. В августе 2005 года: ISUP = 37%; BSSAP = 4,9%; SMS = 7,9%; SCCP = 50,2%. 2. В ноябре 2005 года: ISUP = 41%; BSSAP = 3,2%; SMS = 8,1%; SCCP = 47,7%. 3. В феврале 2006 года: ISUP = 48,4%; BSSAP = 2,1%; SMS = 8,3%; SCCP = 41,2%. 4. В мае 2006 года: ISUP = 54,87%; BSSAP = 0,3%; SMS = 8,4%; SCCP = 36,5%.
Обработка полученных результатов исследования показала, что в среднем на каждый разговор приходится 0,6 SMS сообщения; 0,4 сообщения об изменении местоположения мобильного абонента и примерно 0,07 сообщения BSSAP.
Исследование сигнальной нагрузки на направлении связи Москва -Хабаровск. Сигнальная нагрузка от основных протоколов ОКС №7 распределилась следующим образом: 1. В августе 2005 года: ISUP = 34%; BSSАР = 4,2%; SMS = 10,7%; SCCP = 51,1%. 2. В ноябре 2005 года: ISUP = 35,7%; BSSAP = 3,7%; SMS = 12,6%; SCCP = 48%. 3. В феврале 2006 года: ISUP = 38,3%; BSSAP = 3,1%; SMS = 15,4%; SCCP = 43,2%. 4. В мае 2006 года: ISUP = 41,2%; BSSAP = 1,6%; SMS = 18,8%; SCCP = 38,4%.
Обработка полученных результатов исследования показала, что в среднем на каждый разговор приходится 0,83 SMS сообщения; 0,5 сообщения об изменении местоположения мобильного абонента и примерно 0,14 сообщения BSSAP.
Описание алгоритма установления соединений на фрагменте транзитной сети связи
Рассмотрим фрагмент транзитной сети операторов мобильной связи, представленный на рис. 3.2. Для вызовов, поступающих от абонентов опорного центра коммутации мобильной связи GMSCi в ЛЦК СПС) имеется два возможных варианта установления соединения с абонентами опорного центра коммутации мобильной связи GMSC2, подключенного к ЛЦК СПСг. Первый вариант (путь первого выбора) - установление соединения напрямую между ЛЦК СПСі и ЛЦК СПСг, второй вариант (путь второго выбора) - транзитом через ТЦК СПСі то есть по пути ЛЦК СПС, - ТЦК СПС, - ЛЦК СПС2.
Пусть на пути первого выбора имеется N разговорных каналов, на пути второго выбора на маршруте ЛЦК СПСі - ТЦК СПСі - Li разговорных каналов (назовем этот маршрут первым участком пути второго выбора), а на маршруте ТЦК СПСі - ЛЦК СПС2 - L2 разговорных каналов (назовем этот маршрут вторым участком пути второго выбора). Следует учесть, что пучок из L2 разговорных каналов обслуживает также вызовы от абонентов опорного центра коммутации мобильной связи GMSC3, подключенного к ТЦК СПСз, поступающие в ЛЦК СПС2.
Разработанный в диссертационной работе метод повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи состоит в отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа вызываемого абонента. При этом из общего числа N разговорных каналов на пути первого выбора необходимо выделять порог из К каналов, (K=N-M). Величину К будем называть порогом гарантированного канального ресурса разговорных каналов, который используется для минимизации потерь при обслуживании вызовов и поддержания в норме качественных показателей работы сети.
При установлении соединения между абонентами GMSC] и GMSC2 могут произойти следующие три случая:
Первый случай. Если при поступлении вызова от абонента GMSCi на пути первого выбора хотя бы один из М каналов окажется свободным, то вызов поступает на обслуживание на путь первого выбора.
Обслуживание вызова состоит из двух фаз. Первая фаза ожидание ответа от абонента GMSC2. При этом никакие разговорные каналы не занимаются, а вызов становится в буфер на ожидание ответа (число вызовов от абонентов GMSCi, находящихся на ожидании, неограничено, они регистрируются в системе, не занимая ее канальных ресурсов). Передача информации об установлении соединения осуществляется по сети сигнализации.
После ответа вызываемого абонента опорного центра коммутации мобильной связи GMSC2 начинается вторая фаза обслуживания вызова -разговор. Для его установления, поступающему вызову доступны все N разговорных каналов. Если перед началом второй фазы обслуживания все N разговорных каналов оказываются занятыми, то разговор между вызывающим и вызываемым абонентами будет осуществляться по пути второго выбора (переход с первого пути установления соединения на второй и обратно осуществляется автоматически).
При отсутствии свободных каналов хотя бы на одном из этапов пути второго выбора, вызов получает отказ в обслуживании даже при ответе абонента GMSC2.
Если вызываемый абонент GMSC2 не отвечает на вызов вызывающего абонента GMSCi, то после окончания ожидания ответа (ожидание ответа может быть прервано вызывающим абонентом или самой системой по тайм -ауту) вызов покидает систему массового обслуживания (СМО) необслуженным, не заняв никаких ресурсов информационной сети.
Второй случай. Если при поступлении вызова от абонента GMSCi в ЛЦК СПС 1 на пути первого выбора занято М и более разговорных каналов, вызов сразу направляется на путь второго выбора для его дальнейшего обслуживания. Здесь надо учесть, что, пройдя успешно первый участок пути второго выбора (по пучку разговорных каналов Li), вызов может не застать свободных каналов на втором этапе пути второго выбора (в пучке разговорных каналов Ьг), поскольку на маршрут ТЦК СПС] - ЛЦК СПСг также поступают вызовы к абонентам GMSCi от абонентов GMSC3. В результате поступающий вызов от абонента GMSC] получит отказ в обслуживании.
Третий случай. Если при поступлении вызова от абонента GMSCi в ЛЦК СПС] на пути первого выбора будут заняты все М разговорных каналов, а на пути второго выбора все L] (либо все L2) разговорных каналов, то вызов получит отказ в обслуживании.
Требуется построить математическую модель описанной СМО и с помощью исследования этой модели определить оптимальные значения для ее структурных параметров (число каналов на каждом из маршрутов; число резервных каналов на пути первого выбора; вероятность отказа вызову, если в момент его поступления на путь первого выбора была бронь из К каналов, а за время ожидания ответа её израсходовали другие вызовы и при ответе абонента GMSC2 вызов получит отказ; оптимальное значение величины К по отношению к N, при котором вероятность отказа в установлении соединения будет минимальной; подобрать оптимальное значение количества каналов М для того, чтобы не было отказов в установлении соединений).
