Введение к работе
Актуальность. В настоящее время наблюдается тенденция широкого распространения сетей связи следующего поколения (NGN - Next Generation Network) с реализацией мультимедийных услуг, внедрением новых ннфокоммуникационных технологий, их конвергенцией. При пом перелающей средой выступают ІР-сетн.
Исследования ученых в различных странах мира процессов обработки и распределения информации в конвергентных сетях с пакетной коммутацией подтвердили наличие специфических свойств трафика, не укладывающихся в рамки традиционных моделей стучайных процессов и систем обработки информации. Вместе с тем, были выявлены специфические качественные параметры, присущие нагрузке систем управления и сигнализации в сетях с коммутацией пакетов. Под нагрузкой сигнальных и управляющих сетей понимается нагрузка, возникающая в результате выполнения совокупности действий, направленных на установление соединения между абонентами и поддержание этого соединения в рабочем состоянии. Передача по !Р-сети сигнального и управляющего трафика от приложений сетей с коммутацией каналов подразумевает генерирование дополнительной нагрузки в ІР-ссти, для которой может быть использовано понятие конвергентного трафика. Конвергенция на сетевом уровне подразумевает объединение сетей с коммутацией каналов и пакетной коммутацией в единую конвергентную сеть
на базе протокола IP.
Заметим, что методы расчета пропускной способности каналов и емкостей буфероц, вероятностей потерь пакетов, несущих сигнальную и управляющую информацию, основанные на формулах Эрлаига, используемые при анализе телефонных сетей, не всегда дают правильные результаты для сетей с коммутацией пакетов и приводят к недооценке величины сигнальной нагрузки. Требования к качеству передачи сигнальной и управляющей Нагрузок в IP-сетях существенно отличаются от требований к качеству обслуживания других приложений. Существующие методики и алгоритмы определения показателей качества обслуживания применяются для потоков IP-пакетов в целом, без выделения составляющей сигнальной и управляющей нагрузок. Вопросы определения показателей качества сигнальных и управляющих систем в существующих пакетных сетях до настоящего
времени решения не нашли.
Качество сигнализации в сетях NON в большой степени определяется качеством обслуживания соответствующего трафика транспортной сетью (требования по времени запаздывания для протокола сигнализации 'зависят от показателей качества базовой транспортной сети). Поэтому требования к показателям транспортной сети задаиугся с учетом требований для систем сигнализации и управления.
Передача сигнальных и управляющих сообщений по пакетным сетям
требует детальной проработки механизмов обеспечения качества
обслуживания (Quality of Service - QoS). Значения показателей и характеристики систем с пакетным трафиком отличаются от соответствующих параметров, рассчитанных длч систем с телефонным трафиком. Поэтому встает вопрос о разработке методов и моделей для расчета показателей качества обслуживания сигнального и управляющего трафиков, в частности, в современных сетях, работающих по протоколу IP.
Все вышеперечисленное делает актуальной задачу разработки методов и инструментария расчета и оценки качества сигнальных и управляющих сетей.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методики расчета показателей- качества обслуживания сигнальной и управляющей нагрузок н сетях, работающих по протоколу ГР.
Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи.
1. Сравнительный анализ технолошй и протоколов передачи сигнальной и
управляющей нагрузок в сетях с пакетной коммутацией на основании,
которого был осуществлен выбор объектов исследования.
2. Анализ методов расчета и моделирования сигнальной и управляющей
нагрузок в телекоммуникационных сетях с конвергентным трафиком, а
также критериев оценки качества сетей сигнализации и управления.
3. Разработка статистической модели управляющей и сигнальной нагрузок
магистрального сегмента сети передачи данных, позволяющей произвести
расчет показателей качества обслуживания при планировании сетей передачи
данных.
4. Разработка методики расчета показателей качества обслуживания
сигнальной н управляющей нагрузки магистра^ьного сегмента ІР-сети,
позволяющей использовать се для определения сетевых параметров и
параметров качества QoS в телекоммуникационных системах.
Аналитическое исследование методов оценки и обеспечения качества систем сигнализации и управления в телекоммуникационных системах, как проектируемых, так и уже существующих.
Разработка имитационной модели управляющей и сигнальной нагрузок в ІР-сетях.
7. Разработка имитационной модели системы обработки сигнальной и
управляющей нагрузок магистрального сегмеїпа. ІР-сстн, использование
которой позволяет определить показатели качества обслуживания при
проектировании и эксплуатацин телекоммуникационных систем.
Исходная основа диссертации. Основу Диссертационной работы составляют теоретические и практические исследования процессов обработки и передачи речевых, управляющих и сигнальных сообщений сетях связи,
эффективности иснолі 5 мния систем передачи и обработки в телекоммуникационных системах, выполненные в трудах Г.П. Башарина, М. Бафутто, М.Д. Бенедиктова, Г. Внлманн, B.C. Гольдштейна, В.Н. Гордиенко, Г.В.Горелова, В.А. Ефнмушкина, В. Иверсена, Д. Кауфмана, Ф. К%лЛи, В. Клейн, Л, Клейнрока, ВИ. Неймана, Э. Осборн, О.Н. Ромашковой, ICE. Самуйлова, Р. Скуг, НА, Соколова, Г. Хейне, А.Эррамнлн и многих других.
Методы исследования. В работе применены методы теории массового обслуживания, теории вероятностей и математической статистики, теории телетрафика, имитационного моделирования.
Научная новизна диссертации определяется тем, что в ней разработаны и предложены:
- методика расчета показателей качества обработки сигнальной и управляющей нагрузок в ІР-сетях, позволяющая учитывать специфические свойства нагрузок данных типов (высокая интенсивность поступлення сигнальных и управляющих сообщений, передача сигнальных сообщений нескольких типов, отсутствие толерантности к задержкам в сети и др.), а также может быть использована как при проектировании сетей сигнализации и управления, так и при управлении телекоммуникационными сетями;
-аналитическая модель и результаты расчетов показателей качества системы обработки сигнальной и управляющей нагрузок в 1р-сетях, использование которой позволяет произвести инженерную оценку параметров качества обслуживания при конечном значении интенсивности поступающей нагрузки;
-результаты имитационного моделирования управляющей и сигнальной нагрузок в ІР-сетях и системы их обработки, адекватно отражающие особенности функционирования реальных сетей сигнализации и управления, подтвержденные экспериментальными исследованиями.
Личный вклад. Методики, результаты исследования, включающие
численные расчеты, рекомендации, аппарат имитационного и
математического моделирования получены автором лично.
Практическая ценность. Практическая ценность данной
диссертационной работы заключается:
- в возможности применения разработанного аппарата ан&лиза и
сформированных рекомендаций по выбору технических параметров
телекоммуникационных систем для обеспечения качества обработки
сигнальной и управляющей нагрузок в ІР-сетях, позволивших уменьшить
объем телекоммуникационного оборудования на 10% и сэкономить сетевые
ресурсы на 14-15% (пропускную способность ІР-каналов)
- в использовании разработанных методик оценки показателей качества
систем сигнализации и управления в эксплуатируемых и проектируемых
сетях NGN, давших возможность сократить сроки проектирования и Ввода в
эксплуатацию узлов и сетей передачи данных на 10%.
Использование результатов работы. Разработанные в
диссертационной работе методы и аппарат расчета внедрены в ООО «Наука-Связь», ЗАО «Форатек AT», а также ОАО «Интеллект Телеком». Разработанные методики и рекомендации по выбору технических параметров конвергентной сети использованы как при анализе функционирующих IP* сетей, так и при проектировании сегментов сети NGN, что подтверждено соответствующими актами.
Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе на кафедре «Радиотехника и электросвязь» МИИТа.
Апробации работы выполнена: - на заседания* кафедры «Радиотехника и электросвязь» МИИТа;
на научно-технических конференциях и семинарах: НТК Электроэнергетика и связь на ж.д. транспорте" (МИИТ, 2007г. н 2008 г.ґ-ї; 63-я НТК, посвященные Дню радио (Санкт-Петербург, 2008 г); НТК «Неделя науіси-2006» (МИИТ, 2006r);VIII и IX НТК «Безопасность движения поездов» (МИИТ, 2007 н 20О8Г.Г); XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии (РУДН, 2007г.); «Услуги электросвязи. Инновационные решении, тенденции и проблемы» (МТУСИ, 2008г.); «Конвергенция фиксированных и мобильных сетей связи FMC-2009» (Москва. 2009г.).
Основные положения, выносимые на запиту.
Аналитическая модель системы обработки сигнальной и управляющей нагрузок.
Методика определения показателей качества систем сигнализации и управления в IP-сетях, применимая для эксплуатируемых IP-сетей и проектируемых сетей NGN.
3. Результаты и аппарат имитационного и аналитического моделирований
системы обработки сигнального и управляющего трафика.
Методика определения размера джиттер-буфера для технологии TDMolP.
Оценка влияния [Р-сстн на качество передачи речевой информации для технологии TDMolP.
6. Результаты экспериментальных исследований систем сигнальной и
управляющей информации в ІР-сетн технологий SIGTRAN и TDMolP,
определяющих аналитическую и имитационную модели сигнального шлюза.
Публикации. По материалам диссертационной работы в научно-технических журналах и трудах международных н всероссийских научных конференций опубликовано 16 печатных работ.
Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 147
7 наименований, и приложений. Основная часть работы изложена на 171 страницах машинописного текста и содержит 37 рисунков и 10 таблиц.
