Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития общества характеризуется высокими темпами роста объема информации, которую необходимо передавать, распределять и доставлять по заданному адресу. В силу этого постоянно возрастает роль средств связи, обеспечивающих реализацию информационного обмена. Сложившиеся на современном этапе экономические и политические условия обусловили создание территориально распределенных предприятий и структур, что вызвало необходимость построения корпоративных сетей связи, предоставляющих крупным ведомствам, корпорациям и производствам качественную и надежную связь, например, центрального аппарата с региональными предприятиями или связь предприятий между собой. Процесс информационного обмена активно стимулируется расширением коммерческой деятельности крупных компаний. Таким образом, на сегодняшний день на первый план выступает проблема создания корпоративных сетей связи, имеющих свои принципиальные отличия от сетей общего пользования.
В настоящее время отчетливо проявляется феномен прямой зависимости эффективности деятельности крупных ведомств, корпораций и производственных предприятий от способности корпоративной сети связи удовлетворять все потребности s передаче и доставке информации. Постоянно требуется расширение телекоммуникационных услуг для обеспечения современных технологий делопроизводства, управления и автоматизации производственного процесса, что обуславливает появление мультисервисного трафика (МТ) и создания мультисервисных корпоративных сетей. Расширение спектра телекоммуникационных услуг и требования более высокого качества передачи информации потребовали перехода мультисервисных корпоративных сетей, предоставляющих пользователям услуги с фиксированной шириной полосы битовых скоростей передачи (ШПБСП) и определяемых пределами пропускной способности звена до 2,048 Мбит\с (узкополосных), к широкополосным мультисервисным корпоративным сетям связи, предоставляющих пользователям услуги как с фиксированной, так и с переменной шириной полосы битовых скоростей передачи и определяемых пределами пропускной способности, начиная с 155 Мбит\с и до 2,4 Гбит\с.
Интенсивное развитие информационных технологий и рост потребностей пользователей в различных видах информации выдвинул проблему предоставления инфокоммуникационных услуг. В результате этого корпоративные сети связи переходят на новый уровень - интеграции инфокоммуникационных и телекоммуникационных услуг и становятся широкополосными интегрированными мультисервисными корпоративными сетями связи (ШИМКС) В настоящее время ШИМКС приобретают все больший интерес в связи с тем, что они обеспечивают ряд стратегических преимуществ, в том числе защиту инвестиций, сделанных в существующую сетевую инфраструктуру, сокращение инвестиционного риска при использовании новых технологий, ускорение продвижения новых услуг на рынок, повышение конкурентоспособности услуг.
Мультисервисные сети связи сами по себе являются объектами высокой структурной сложности, а с учетом свойств ШИМКС степень сложности возрастает, поскольку возникает целый ряд ограничений и соответственно усложняющих факторов, важнейшими из которых являются конечное число пользователей сети, наличие различных классов пользователей, разнообразие профилей трафика, гетерогенный характер трафика, меняющийся вектор качества обслуживания пользователей разных классов, возможные требования сбалансированности трафика и выравнивания качества обслуживания различных классов пользователей.
Создание ШИМКС невозможно без оценки требуемых сетевых ресурсов и непосредственно связано с проблемой расчета пропускной способности сети для обслуживания пользователей с заданным качеством, что является на сегодняшний день исключительно актуальной проблемой, поскольку позволяет дать реальную оценку необходимого объема сетевых ресурсов, обеспечить их эффективное использование, осуществить мониторинг текущей сетевой нагрузки, а также прогнозировать направления модернизации сети.
Анализ опубликованных работ показал, что на настоящий момент отсутствуют методы расчета качества обслуживания пользователей и оценки пропускной способности мультисервисной сети, которые учитывают указанные выше специфические особенности широкополосных интегрированных мультисервисных корпоративных сетей. Поэтому тема диссертационной работы является актуальной.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование метода расчета качества обслуживания пользователей широкополосной интегрированной мультисервисной корпоративной сети с учетом конечного числа пользователей, гетерогенного характера трафика, переменного числа классов пользователей, разнообразия профилей трафика, изменяющегося вектора качества обслуживания пользователей разных классов, требований сбалансированности трафика и выравнивания качества обслуживания различных классов пользователей.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались методы теории телетрафика, теории сетей связи, методы теории вероятностей и математической статистики, численные методы теории массового обслуживания.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:
1. Проведено исследование гетерогенного мультисервисного трафика ШИМКС с фиксированной ШБСП для каждого класса пользователей и разработан метод анализа его характеристик, который позволяет, во-первых, определить степень влияния на качество обслуживания введения порогового ограничения для определенных классов пользователей мультисервисных сетей и, во-вторых, рассчитать для этого случая минимально необходимую пропускную способность мультисервисной сети.
2. Доказана справедливость применения представленной в диссертации математической модели, разработанной с учетом конечного числа источников нагрузки для случая пуассоновского мультисервисного трафика, поступающего от каждого источника, для описания функционирования узла коммутации в направлении, связи ШИМКС.
3. Решена задача анализа характерне гик мультисервисного трафика ШИМКС с переменной ШБСП для различных классов пользователей, что позволяло расширить область применения разработанной математической модели за счет введения параметров, учитывающих реальные условия
4. Сформулированы основные принципы и разработан алгоритм расчета вероятности поіерь вызовов в ШИМКС с переменной ШПБСП при использовании технологии ATM.
5. Доказан волнообразный характер изменения качества обслуживания пользователей в зависимости от изменения интенсивности нагрузки отдельного класса пользователей Полученные результаты позволяют наиболее эффективно строить процесс планирования и развития мультисервисной интегрированной корпоративной сети.
6. Разработан и исследован мегод расчета качества обслуживания пользователей широкополосной интегрированной мультисервисной корпоративной сети, который в отличие от других полностью учитывает все особенности рассматриваемого класса сетей. Предлагаемый метод позволяет решать прямую и обратную задачу проектирования ШИМКС: выбрать нагрузочные и структурные параметры, при которых обеспечивается заданное качество обслуживания, а для заданной структуры узла коммутации - по заданной нагрузке определить вероятность потерь с учетом эффекта конечного числа источников
7. Получены результаты численного исследования разработанного метода применительно к различным корпоративным сетям и даны численные опенки влияния конечного числа пользователей и характера мультисервисного трафика на процесс эквализации потерь.
Личный вклад. Все исследования и связанные с ними расчеты, а также вытекающие из них теоретические выводы, их интерпретация, обобщения и практические рекомендации получены автором лично.
Практическая ценность и пеалиіания результатов работы.
На основании разработанного в диссертации метода построены инженерные методики и программы расчета на современных ПК качественных показателей реальных широкополосных интегрированных мультисервисных корпоративных сетей Поскольку величина затрат вычислительных ресурсов и времени для проведения вычислений является вполне приемлемой, то данные методики могут быть использованы при проектировании ШИМКС. Применяя разработанный в диссертации метод при проектировании сети ЗАО «Комстар», удалось сократить требуемый объем канального ресурса на 17%.
Результаты статистических исследований, проведенных на 85 АТС Московской городской телефонной сети под руководством автора, позволили объективно оцепить качество обслуживания при предоставлении корпоративной сетью ЗАО «МТУ-Интел» и соотнести этот результат с оценкой, найденной с применением разработанного в диссертации метода. Получено подтверждение совпадения теоретических и статистических данных, что позволило внести соответствующие коррективы в структуру корпоративной сети с целью обеспечения необходимого качества обслуживания пользователей.
Результаты диссертационной работы были использованы-при проектировании мультисервисной корпоративной сети ЗАО «Компания «МТУ-Информ», при разработке перспективного плана модернизации телекоммуникационной инфраструктуры ОАО МГТС для обслуживания трафика пользователей Интернет, при проектировании модемного пула ЗАО «МТУ-Интел».
Предложенные в диссертации модели оценки качества обслуживания пользователей проверены экспериментально на коммутационных узлах сети ЗАО «Компания «МТУ-Информ». Они показали хорошую согласованность теоретических результатов с результатами статистических измерений и, в частности, позволили спрогнозировать необходимую емкость модемного пула компании при обеспечении заданного качества обслуживания.
Отдельные теоретические результаты диссертации и методики были использованы на сетях ЗАО «Компания МТУ-Информ» и СЦС «Совинтел» при оценке качества обслуживания пользователей, при определении величин требуемых пропускных способностей в направлениях связи в ходе разработки проектных решений, связанных с масштабированием сети. Кроме того, результаты диссертации также были использованы при построении схем подключений различного числа типов абонентских устройств и оптимизации их структурной конфигурации.
Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами о реализации и использовании.
Апробация результатов работы. Основные практические и теоретические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных научно-технических конференциях:
59-ая научная сессия РНТОРЭС им. А.С. Попова (Москва, 19-20 мая 2004 г.);
4-ая Международная конференция Ассоциации документальной электросвязи «Состояние и перспективы развития Интернета в России» (Ватутинки 25-27 сент. 2002г.);
научно-техническая конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ (Москва 28 январь 2003г.);
. научно-техническая конференция «Проблемы и системы эксплуатационного управления сетями связи в условиях конвергенции» (Санкт-Петербург, 9-11 декабря, 2003 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ. Основные положения, выносимые на защиту.
1. Мультисервисный трафик ШИМКС с фиксированной ШПБСП для каждого класса пользователей является гетерогенным. Разработанный в диссертации метод анализа позволяет определить его характеристики.
2. Характеристики мультисервисного трафика ШИМКС с переменной ШПБСП для отдельных классов пользователей отличны от характеристик МТ ШИМКС с фиксированной ШПБСП. Рассмотренная в диссертации процедура преобразования позволяет вьшолнять эквивалентные по вероятности потерь преобразования трафика ШИМКС с переменной ШПБСП в трафик с фиксированной ШПБСП для отдельных классов пользователей.
3. Разработанная математическая модель функционирования узла коммутации для направления связи ШИМКС учитывает гетерогенный характер МТ как при фиксированной, так и при переменной ШБСП и конечное число источников нагрузки при условии, что поток вызовов, поступающий от каждого источника, создающего МТ, является пуассоновским.
4. Разработанный метод расчета качества обслуживания позволяет определять реальные ресурсы ШИМКС как при фиксированной, так и при переменной ШБСП, необходимые при данном объеме МТ и фиксированных параметрах качества обслуживания (КО) GoS или QoS.
5. Предложенная методика оценки качества обслуживания пользователей и пропускной способности синхронного транспортного модуля на широкополосных сетях определяет условия рациональной загрузки звена передачи, когда его использование различными классами пользователей как при фиксированной, так и при переменной ШБСП является неравномерным.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 5 таблиц; список литературы включает 84 наименования,
