Разработка метода повышения пропускной способности уровня абонентского доступа

Актуальность работы. Развитие телекоммуникационной отрасли в России идет в направлении реализации в сети связи общего пользования (ССОП) концепции Next Generation Network (NGN), которая предполагает, что телефония будет надстраиваться над инфраструктурой сетей передачи данных, и отражает идею перехода к единой универсальной архитектуре сети будущего. Совместное использование ресурсов сетей NGN и сетей мобильной связи, полноценная их конвергенция в архитектуре Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS), позволит обеспечить абонентов уникальным набором возможностей и услуг. Укажем на такие свойства как мультисервисность, многопротокольность и инвариантность к свойствам среды коммутации, а также возможность реализации принципа глобальной доступности услуги «4 Any» (Any Service — Anywhere — Anyway — Anytime), то есть свобода для абонента получать то, что он хочет, где захочет, любым доступным ему способом и в любое время. Развитие услуг фиксировано-мобильной связи, возрастающая мобильность пользователей вызывают перераспределение потоков трафика, существенно влияя на интенсивность нагрузки. Таким образом, при реализации IMS и NGN возникают новые проблемы, имеющие важное наукоёмкое значение для отрасли телекоммуникаций.

Принцип максимально эффективного использования ресурсов сетей связи подразумевает возможность качественной и количественной адаптации, наиболее полное использование всех ресурсов и сервисов, надежность, доступность, безопасность. Основной характеристикой использования ресурсов сетей связи, которая в различной форме учитывается при расчете и проектировании сетевых структур, является пропускная способность участка сети связи или всей сети связи. Пропускная способность — это интенсивность нагрузки, которая может быть пропущена участком сети или всей телекоммуникационной сетью с заданным качеством обслуживания. В сетях связи с коммутацией каналов качество обслуживания задается допустимой вероятностью потерь по вызовам. В сетях пакетной коммутации качество обслуживания характеризует совокупность показателей, среди которых можно выделить потери информационных пакетов и время пребывания пакетов в сети. С точки зрения оператора связи пропускная способность сети связи — это максимальный объем трафика, который может быть пропущен сетью при условии соблюдения требований по качеству обслуживания.

Таким образом, пропускная способность сети связи — это базовый показатель, позволяющий прогнозировать доходы оператора связи. Следует отметить, что получение сверхприбылей в сетях связи за счет пропуска внепланового трафика связано, как правило, с нарушениями требований по качеству обслуживания. В условиях жесткой конкуренции пренебрежение качеством обслуживания может вызвать сокращение клиентской базы.

В качестве объекта исследования выбран уровень абонентского доступа сети связи нового поколения, канальный ресурс которого используется при организации исходящих и входящих соединительных трактов между пользователями телефонии. Пропускная способность сети доступа может быть повышена выбором перспективного варианта прохождения потоков трафика в сочетании с интеллектуальной маршрутизацией на обходные пути и к голосовой почте, введением приоритетов, а также использованием функций перераспределения и ограничения потоков трафика. На уровне доступа предусматривается включение абонентских мультиплексорных коммутаторов (МАК) в транспортный уровень сети связи по двум и более маршрутам. Коммутаторы МАК являются наиболее массовыми элементами сети фиксированной связи.

Вопросы обслуживания трафика в сетях связи исследовались в работах Г. П. Захарова, В. Г. Лазарева, М. А. Шнепса-Шнеппе, В. И. Неймана, А. П. Пшеничникова, С. Н. Степанова, А. Е. Кучерявого и других. Однако новые технологии телекоммуникаций развиваются опережающими темпами по сравнению с темпами развития телекоммуникационных сетей. Внедрение новых услуг телефонной связи, развитие справочно-информационных служб, влияние дополнительного трафика сетей мобильной связи и сети Internet может приводить к повышению вероятности потерь по вызовам на отдельных участках и на всей сети в целом. Например, в телефонных сетях значительную проблему представляют повторные вызовы в сторону наиболее загруженных направлений связи. Каждый абонент, получивший сигнал «Занято» или «Контроль посылки вызова», окончившийся не ответом абонента, становится потенциальным источником повторных вызовов. Для повышения пропускной способности отдельных участков сети и всей сети связи можно регулировать ресурс пропускной способности между транспортным уровнем сети и уровнем доступа в сочетании с техническими возможностями голосовой почты и интерактивного голосового меню.

Сеть работает более стабильно при активизации методов ограничения интенсивности нагрузки. Использование процедур контроля и ограничения интенсивности нагрузки на отдельных участках сети связи общего пользования позволяет усилить действие механизмов регулирования объемов поступающего трафика для устранения негативного влияния перегрузок. Например, процедура Call gaping, описанная в рекомендации ITU-T Q 1218, предполагает, что программа контроля нагрузки выявляет состояние перегрузки. С этого момента запускается процедура, предусматривающая введение интервалов времени, в течение которых поступающие вызовы на обслуживание не принимаются.

Актуальность исследования подтверждается быстрым развитием технологий передачи речи с коммутацией пакетов и технических средств интеграции сетей связи, возможностью возникновения перегрузок на уровне доступа сети NGN как следствие внедрения новых услуг, развития справочно-информационных служб, роста объема трафика сетей Internet и сетей мобильной связи.

Целью диссертации является исследование и разработка метода повышения пропускной способности уровня абонентского доступа, учитывающего возможность регулирования пропускной способности путем организации обходного пути в транспортной сети с коммутацией пакетов и путем активизации механизмов регулирования объемов поступающего трафика.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: систематизированы перспективные варианты организации обслуживания телефонного и мультимедийного трафика на уровне абонентского доступа сети NGN, позволяющие обеспечить защиту от асимметрии входящего и исходящего трафика телефонии и повысить пропускную способность за счет ресурса обходного пути в транспортной сети с коммутацией пакетовразработана математическая модель функционирования уровня абонентского доступа, учитывающая тенденции изменения поведения абонентов в современных телекоммуникационных сетяхразработан метод расчета уровня абонентского доступа, учитывающий возможность направления части вызовов на голосовую почту и на обходные пути связи транспортного уровня.

Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории телетрафика, теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна и результаты, выносимые на защиту, состоят в следующем: разработана математическая модель функционирования уровня абонентского доступа сети связи, позволяющая учесть влияние на пропускную способность этого уровня возможности маршрутизации части вызовов на альтернативный путь и голосовую почтупроведены сравнительный анализ и исследование различных вариантов построения уровня доступа с учетом совместной передачи речевого и мультимедийного трафикаразработан метод повышения пропускной способности уровня абонентского доступа сети связи, предусматривающий возможность регулирования пропускной способности путем организации альтернативного пути в транспортной сети с коммутацией пакетов.

Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты и моделирование, выводы и рекомендации на их основе получены автором лично.

Практическая ценность. Разработана методика сравнительного анализа вариантов построения уровня доступа сети NGN, предполагающего организацию обходных путей связи. Разработаны рекомендации, позволяющие производить сравнение и выбор варианта организации обслуживания телефонного и мультимедийного трафика на уровне доступа NGN с учетом структуры сети связи общего пользования и особенностей технологии коммутации пакетов в транспортной сети.

Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, использованы в учебном процессе кафедры систем управления городских телефонных сетей МТУСИ, в работах ЗАО «Руссия AMT" — предложенный метод расчёта уровня доступа сети IMS использован при проектировании сегмента цифровой сети опытной зоны ОАО МГТС для определения направления перехода к сетям с коммутацией пакетов, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждались на Международных форумах информатизации в 2006, 2007 и 2008 годах (Москва), на Московских научно — технических отраслевых конференциях «Технологии информационного общества» в 2007 и 2008 годах, на заседаниях кафедры систем управления городских телефонных сетей МТУСИ.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 15 опубликованных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Она включает 96 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 15 таблиц, 3 приложения.

Список литературы

включает 95 наименований.

4.6. Выводы.

1. Разработан метод расчета уровня доступа сети NGN, позволяющий производить сравнение различных вариантов построения сети доступа с учетом особенностей организации совместной передачи телефонной и мультимедийного трафика, а также возможности регулирования пропускной способности уровня доступа путем организации обходного пути в транспортной сети с коммутацией пакетов.

2. Проведено исследование пропускной способности уровня доступа сети NGN в зависимости от различных факторов и для различных вариантов обслуживания телефонного и мультимедийного трафика. Выделен перспективный вариант построения уровня доступа, который имеет следующие характерные особенности п: эффективная защита от влияния асимметрии нагрузкивозможность гибкого увеличения пропускной способности уровня доступа за счет ресурса обходного пути в транспортной сетивозможность активизации процедур ограничения трафика на уровне доступа в случаях снижения качества передачи мультимедийного трафика.

3. Проведенное статистическое моделирование функционирования уровня доступа сети NGN, подтвердило достоверность аналитических расчетов и позволило дать рекомендации по выбору значений интервала запрета функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов».

Заключение

.

1.Развитие телекоммуникационной отрасли в России идет в направлении создания сетей связи нового поколения NGN, концепция построения которых отражает философию трансформации традиционных технологий в универсальную инфраструктуру, реализующую перспективные услуги, которые в будущем должны быть предложены операторам мобильных и фиксированных сетей, одновременно с продолжением поддержки всех существующих на сегодняшний день услуг. Продолжением эволюции NGN стала архитектура универсальной структуры инфокоммуни-каций IMS, которая предусматривает присоединение сетей подвижной связи к сетям фиксированной связи. Предполагается, что этот путь позволит эффективно и динамично развиваться телекоммуникациям. Современная сеть связи общего пользования должна предусматривать передачу различных видов информации, однако длительное время основным видом трафика остается трафик телефонии. Концепция.

IMS позволяет оператору фиксированной связи оптимальным образом интегрировать телефонный сервис в широкополосную IP-инфраструктуру.

2. В качестве объекта исследования выбран уровень абонентского доступа сети связи NGN, канальный ресурс которого используется при организации исходящих и входящих соединительных трактов между пользователями телефонии. Уровень доступа NGN характеризуется возможностью совместной передачи мультимедийного трафика и трафика телефонии. Реализация сетей нового поколения NGN с последующим переходом к перспективной архитектуре IMS предполагает выделение уровня доступа в самостоятельную структуру, которая будет связана с транспортным уровнем сети совокупностью направлений связи. Пропускная способность сети доступа NGN может быть повышена путем выбора перспективного варианта прохождения потоков трафика в сочетании с интеллектуальной маршрутизацией на обходные пути и к голосовой почте, введением приоритетов, а также использованием функций перераспределения и ограничения потоков трафика.

3.Тенденции изменения поведения абонентов современных телекоммуникационных сетей были учтены в разработанной модели поведения абонента сети NGN, которая учитывает возможность подключения пользователей к голосовой почте или к интерактивному голосовому меню для уменьшения отказов в установлении соединений. Анализ системы показателей в модели поведения абонента сети NGN показал, что на уровне доступа сохраняет свое значение система показателей, используемая в сетях телефонной связи общего пользования.

4. Администрация сети связи общего пользования может гибко регулировать пропускную способность различных участков сети: используя гибкую систему приоритетов и, в частности, присваивая телефонному трафику наивысший приоритетвводя специальные процедуры распределения трафика на сети доступа по различным маршрутами, часть из которых может использовать обходные направления между транзитными узламивводя обслуживание с ожиданием для входящих телефонных вызовов путем использования возможностей средств аудиконтакта, а также используя средства ограничения интенсивности потоков трафика.

Разработанная математическая модель обслуживания вызовов на уровне доступа NGN позволяет учесть: особенности прохождения потоков трафикавозможность организации обходных путей по транспортной сетивлияние активизации процедур распределения и ограничения трафикавозможность подключения к средствам аудиконтакта.

5. Сравнительный анализ и исследование базовых вариантов построения уровня доступа NGN позволил выделить перспективный вариант организации обслуживания телефонного и мультимедийного трафика. Незапланированный рост интенсивности нагрузки как следствие введения новых услуг, включения call-центров или увеличения монтированной емкости мультимедийных абонентских концентраторов МАК в процессе эксплуатации могут быть скорректированы переходом на пучки двунаправленного занятия и организацией обходного пути с использованием транспортной сети с коммутацией пакетов.

6. Разработан метод расчета уровня доступа сети NGN, позволяющий учесть особенности организации совместной передачи телефонной и мультимедийного трафика, а также особенности регулирования пропускной способности уровня доступа путем организации обходного пути в транспортной сети с коммутацией пакетов, путем активизации функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов».

7. Статистическое моделирование подтвердило справедливость полученных аналитических соотношений для описания функционирования уровня абонентского доступа сети NGN в условиях активизации функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов». Отклонение результатов аналитического расчета от результатов эксперимента не превышают 10% с доверительной вероятностью 0,95.