Введение к работе
Актуальность темы диссертации. На современном этапе развития сетей связи в период их конвергенции, ввода в эксплуатацию сетей следующего поколения особое внимание со стороны пользователей и операторов уделяется качеству предоставляемых услуг. В условиях активного проникновения телекоммуникаций во все сферы жизни общества и обострения конкуренции на рынке телекоммуникаций для операторов связи важно "удержать" клиента. Негативные последствия неудовлетворительного качества предоставляемых услуг не ограничиваются только прямыми финансовыми потерями, а ведут к ухудшению имиджа компании. Это сопровождается оттоком недовольных пользователей к конкурентам, снижением привлекательности оператора и компании в целом в глазах потенциальных клиентов, партнёров, акционеров и инвесторов.
В настоящее время происходят радикальные перемены в технологиях связи. На смену коммутации каналов приходит коммутация пакетов, активно внедряются новые технологии на уровнях транспорта и доступа, телекоммуникационные технологии интегрируются с информационными. В условиях функционирования гибридных сетей с коммутацией каналов и пакетов качество предоставляемых услуг зависит от взаимодействия систем сигнализации. Нормы на параметры процесса обслуживания сигнальных сообщений в гибридных сетях связи не регламентированы. Поэтому разработка метода оценки вероятностно-временных характеристик систем сигнализации при установлении соединений в таких сетях является актуальной задачей.
Большой вклад в развитие и внедрение систем сигнализаций, в частности, ОКС-7 и SIP на телефонных и мультисервисных сетях России внесли Аджемов А.С., Башарин Г.П., Гольдштейн Б.С., Кучерявый А.Е., Самуилов К.Е., Соколов Н.А., Шнепс-Шнеппе М.А. и другие.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода оценки вероятностно-временных характеристик процесса обслуживания сигнальных сообщений при взаимодействии систем сигнализации в сетях связи с коммутацией каналов и пакетов для поддержания качества предоставления услуг связи на должном уровне.
Для достижения этой цели в диссертации решены следующие задачи:
проведен анализ условий перехода к сетям следующего поколения в РФ и обоснована необходимость разработки метода оценки параметров качества функционирования гибридной сети связи при взаимодействии систем и протоколов сигнализации;
проведен численный анализ существующих методов расчета интенсивности сигнальной нагрузки в гибридных сетях связи при взаимодействии протоколов сигнализаций ОКС-7, SIGTRAN и SIP;
разработаны функциональная и математическая модели установления сигнальных соединений из цифровой сети ТфОП в сеть IP/MPLS и обратно в виде сети массового обслуживания;
разработан метод расчета показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при взаимодействии протоколов сигнализации ОКС-7, SIGTRAN и SIP в сети с коммутацией каналов и пакетов.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы системного анализа, теории массового обслуживания, теории телетрафика, сетей связи, имитационного моделирования.
Научная новизна
-
Численный анализ существующих методов расчета интенсивности сигнальной нагрузки при взаимодействии протоколов ОКС-7, SIGTRAN и SIP показал, что характер интенсивности сигнальной нагрузки в гибридной сети связи носит несимметричный характер в зависимости от направления установления соединения. Получена оценка степени ассиметричности сигнальной нагрузки.
-
Разработан алгоритм оценки необходимого канального ресурса для обслуживания сигнального трафика протокола SIP в зависимости от интенсивности поступающих в сеть вызовов, учитывающий все типы сообщений протокола SIP при различной вероятности состояния вызова.
-
С использованием принципов взаимодействия сигнальных протоколов ОКС-7, SIGTRAN и SIP для случаев прямого и обратного направлений установления соединения разработаны функциональные схемы сети сигнализации в гибридной сети связи. На их основе процесс обслуживания потоков сигнальных сообщений представлен математической моделью в виде стационарной неоднородной экспоненциальной сети массового обслуживания.
-
Разработан метод расчета показателей качества обслуживания сигнальных сообщений ОКС-7, SIGTRAN и SIP в сети с коммутацией каналов и пакетов для случаев экспоненциального и детерминированного распределений длительности обслуживания заявок. Задание характеристик производительности телекоммуникационного оборудования и типа сетей связи позволяет производить оценку величины задержки сигнальных сообщений на каждом узле сети, сетевую задержку, а также длительность установления соединения «из конца в конец» в местных, региональных и междугородных сетях связи.
Основные положения работы, выносимые на защиту
-
Участок гибридной сети «контроллер шлюзов - прокси-сервер SD3 - SIP-терминал» является наиболее чувствительным к ресурсу канала, зарезервированного под сигнальную нагрузку. Так, требуемый канальный ресурс для передачи функциональных сигналов SIGTRAN составляет лишь 8-13% от ресурса, необходимого для обслуживания аналогичной интенсивности поступающих вызовов на этом участке сети с применением протокола SIP.
-
В результате анализа существующих методов расчета интенсивности сигнальной нагрузки установлено:
в гибридной сети с коммутацией каналов и пакетов для обслуживания каждого поступающего из цифровой сети ТфОП запроса на установление соединения к SIP-терминалу требуется зарезервировать 40 кбит/с ресурса канала для обслуживания сигнального трафика протокола SIP;
при увеличении интенсивности поступающих в сеть вызовов на каждые 100 выз/с необходимая скорость выделенных под сигнальную нагрузку каналов для сообщений SIGTRAN и SIP возрастает на 40-60%, не зависимо от направления установления соединения.
3. Максимальную задержку при установлении соединения в гибридной сети связи при
обработке пакетов ISUP, SIGTRAN и SIP вносит прокси-сервер SIP. Его доля в
величине суммарной задержки пребывания сигнальных сообщений в остальных узлах сети составляет от 25% до 60%, в зависимости от интенсивности поступающего из цифровой сети ТфОП потока запросов на установление соединений.
-
В гибридной сети связи с коммутацией каналов и пакетов при увеличении интенсивности поступающего из цифровой сети ТфОП потока запросов на установление соединения к SIP-терминалам на каждые 100-120 пак/с задержка пребывания сигнальных сообщений в узлах сети пропорционально возрастает на 15-20%.
-
Сравнение результатов оценки показателей качества обслуживания сигнальных сообщений ОКС-7, SIGTRAN и SIP в гибридной сети с коммутацией каналов и пакетов для случаев экспоненциального и детерминированного распределений длительности обслуживания заявок в узлах сети с результатами имитационного моделирования показало, что аналитический метод дает оценку сверху с относительной погрешностью не более 9%.
-
Численный анализ показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при взаимодействии ОКС-7, SIGTRAN и SIP показал следующее:
задержки в каждом сетевом домене ІР-участка сети укладываются в нормы по задержкам сигнальных сообщений для сетей с коммутацией пакетов;
задержки в наиболее типичной для условий РФ структуре, состоящей из трех доменов «местная сеть оператора 1 - транзитная сеть оператора 2 - местная сеть оператора 3» укладываются в нормы, разработанные для сообщений ІАМ и ANM системы сигнализации ОКС-7.
Следовательно, для гибридных сетей связи с коммутацией каналов и пакетов могут быть рекомендованы величины допустимых задержек сигнальных пакетов и длительности установления соединения, принятые для сетей связи следующего поколения.
Личный вклад. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно, математические процедуры и программные средства разработаны при его непосредственном участии.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанный в диссертационной работе метод оценки вероятностно-временных характеристик установления сигнальных соединений в гибридной сети связи реализован в виде программы для ПЭВМ и пригоден для проведения инженерных расчетов при проектировании сетей связи следующего поколения. Результаты диссертационной работы вошли в научно-исследовательские отчеты по теме «Разработка методов по управлению сетью сигнализации при взаимодействии сетей с коммутацией каналов и пакетов ОАО МГТС», использованы при разработке технических требований на тестирование оборудования IMS (IP Multimedia Subsystem) различных производителей, а также использованы в учебном процессе кафедры АЭС МТУСИ в виде лекции по дисциплине "Сети связи" специальности 210406 - Сети связи и системы коммутации, что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ (2006-2010 годы), на Всероссийской
конференции с международным участием "Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем" в РУДН (2011 год); на конференциях «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации (2006-2009 годы); на кафедре Автоматической электросвязи МТУ СИ.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в пяти журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 122 наименований и приложения. Основная часть содержит 142 страницы, включая 39 рисунков и 32 таблицы.
