автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка метода анализа показателей качества обслуживания сигнальных сообщений в гибридных сетях с коммутацией каналов и пакетов

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МЕТОДА АНАЛИЗА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ СИГНАЛЬНЫХ СООБЩЕНИЙ В ГИБРИДНЫХ СЕТЯХ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ И ПАКЕТОВ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

48575411

2 О ОКУ 20и

Москва, 2011

4857540

Работа выполнена на кафедре Автоматической электросвязи Федерального государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор,

Пшеничников Анатолий Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Самуйлов Константин Евгеньевич

кандидат технических наук, Летников Андрей Иванович

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное

предприятие Центральный научно-исследовательский институт связи (ФГУПЦНИИС)

Защита состоится «10» ноября 2011 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.219.001.03 при Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 111024, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а, ауд. А.455.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУ СИ. Автореферат разослан 20Л. г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. На современном этапе развитая 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 A.C., Башарин Г.П., Гольдштейн Б.С., Кучерявый А.Е., Самуйлов К.Е., Соколов H.A., Шнепс-Шнеппе М.А. и другие.

Цель работы п 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

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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

1. Участок гибридной сети «контроллер шлюзов - прокси-сервер SIP - 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.

2. 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.

4. 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%.

5. 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%.

6. Численный анализ показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при взаимодействии ОКС-7, SIGTRAN и SIP показал следующее:

- задержки в каждом сетевом домене IP-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 IAM 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.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, перечислены основные научные результаты диссертации, определены практическая ценность и область применения результатов, приведены сведения об апробации работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе 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 анализ структурных схем построения гибридных сетей связи с коммутацией каналов и пакетов в российских условиях. Выбрана типовая схема сети для дальнейшего анализа и расчетов в диссертационной работе (рис. 1).

Рис. 1. Схема построения гибридной сети связи Проведен анализ нормативных документов международных организаций по стандартизации в телекоммуникациях в области качества работы сети сигнализации. Сделан вывод о том, что на современном этапе внедрения сетей следующего поколения не

нормированы параметры качества функционирования сети сигнализации в гибридных сетях связи. Поскольку в современных сетях ТфОП технология коммутации каналов уступает место пакетной коммутации (сигнальные сообщения системы ОКС-7 передаются по сети с коммутацией пакетов), в диссертационной работе поставлена задача установить применимость норм качества функционирования сети сигнализации в сетях NGN к гибридным сетям связи.

Анализ существующей литературы по теме диссертационной работы показал, что в настоящее время отсутствует метод оценки качества обслуживания сигнальных сообщений в гибридных сетях связи. Поэтому в первой главе поставлена задача разработки метода оценки вероятностно-временных характеристик систем сигнализации при установлении соединений в гибридной сети связи.

Во второй главе проведен численный анализ существующих методов расчета интенсивности сигнальной нагрузки в сети с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. Показано, что в гибридных сетях связи не зависимо от типа и производительности оборудования, при установлении одного соединения из цифровой сети ТфОП в IP-сеть интенсивность сигнальной нагрузки всегда превышает аналогичную величину при инициировании вызова из IP-сети в сеть ТфОП на 5% на участке ОКС-7, на 6% - на участке SIGTRAN и на 34% - на участке SIP, что свидетельствует о ее несимметричности.

Анализ сетевых структур, состоящих из двух и более доменов, показал, что при усложнении структуры сети интенсивность сигнальной нагрузки при установлении соединения в гибридной сети связи возрастает в зависимости от количества доменов, но её соотношение для участков ОКС-7, SIGTRAN и SIP сохраняется.

В целях планирования объема канального ресурса гибридной сети связи проведен анализ соотношения необходимой скорости выделенных под сигнальную нагрузку каналов связи на участках SIGTRAN и SIP при диапазоне интенсивности поступающих в сеть вызовов 150 - 350 выз/с. Требуемая для передачи пакетов SIGTRAN скорость канала связи составляет 8-13% от скорости, которая необходима для обслуживания аналогичной интенсивности поступающих вызовов с применением протокола SIP. Также установлено, что при увеличении интенсивности поступающих в сеть вызовов на каждые 100 выз/с необходимая скорость выделенных под сигнальную нагрузку каналов для сообщений SIGTRAN и SIP будет возрастать на 40-60%, не зависимо от типа сетевого оборудования и направления установления соединения.

Разработан алгоритм оценки объема канального ресурса для обслуживания сигнального трафика протокола SIP в зависимости от интенсивности поступающих в сеть вызовов. Численный анализ показал, что для обслуживания каждого поступающего вызова потребуется зарезервировать 40 кбит/с из ресурса скорости канала, независимо от типа применяющегося оборудования пакетной коммутации.

Третья глава посвящена разработке метода расчета показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при взаимодействии протоколов ОКС-7, SIGTRAN и SIP в сети с коммутацией каналов и пакетов, приведенной на рис. 1.

В этих целях на основании разработанной функциональной схемы сети сигнализации в гибридной сети связи (рис.2), разработана математическая модель обмена сигнальными сообщениями между цифровой сетью ТфОП и сетью IP на базе протокола SIP при установлении голосового соединения в виде открытой стационарной неоднородной экспоненциальной сети массового обслуживания (рис. 3).

Рис. 2. Функциональная схема установления соединения ТфОП-SlP

Обозначения узлов:

1 - Сетевой интерфейс ОКС-7 1 . 6-IPсеть2

2-ЦПУ Сигнальныи шлюз г - Прокси-сервер

3 - Сетевой интерфейс SIGTRAN J (SGW) 8 - IP сеть 3

4 - IP сеть 1 9-UAs 5-Softswitch

Рис. 3. Модель установления сигнальных соединений в гибридной сети связи

Дисциплины обслуживания в узлах, задающие порядок выбора из очереди в освободившийся прибор заявок одинакового приоритета, представляют собой тип FCFS -первым поступил, первым обслужен (узлы 2,5,7) и IS - обслуживание без очереди (узлы 1,3,4,6,8,9). Исходя из свойств СМО, модель установления сигнальных соединений по протоколу SIP в сети NGN относится к классу ВСМР-сетей.

Для описания входа и выхода заявок из сети введены дополнительные узлы 0 и 10 (на рис.3 не показаны). Тогда множество узлов имеет вид 9Л. ={0,1,...,М), где М = 10. Будем считать, что при переходе в узел 10 заявка меняет тип на г0 = 0. Учитывая все существующие в разработанной модели типы заявок, множество типов заявок = {0,l,...,i?} , где R = 25. Заявка типа г, находящаяся на обслуживании в узле i, называется (г, г) -заявкой. Обозначим L = {(г,/"):;£ 5W, г В i^J - множество всех допустимых типов заявок.

Переходы между множеством С заявок описывает расширенная матрица вероятностей переходов q_ js j, где j'e JW; r, s e , представленная в таблице 1.

Табл 1. Матрица вероятностей переходов 0

Значения индексов (i,r),(/,s)

1 (0,1),(1,2) (0,20),(5,21).

(1.2),(2,3) (1,25),(10.0).

(2,3),(3,4) (2,24),(1,25).

(3,4),(4,5) (3,23),(2,24).

(4,5),(5,6) (4,22),(3.23).

(5,6),(6,7) (5,15),(6,16); (5,21),(4,22).

(6,7),(7,8) (6,14),(5,15); (6,16),(7,17).

(7,8),(7,9) (7,9),(8,10); (7,13),(6,14); (7,17),(8,18).

(8,10),(9,11); (8,12),(7,13); (8,18),(9,19).

(9,11),(8,12); (9,19),(10,0).

0 в остальных случаях

Система уравнений равновесия для интенсивности потоков заявок в узлах сети:

\= £ VirJf,(i,r)6£\{(0,l)I(0,20),(l0I0)};

(j,s)ex

■ = (1) К20 ~ 2А,;

\о.о

где Xjr - интенсивность поступающего на узел i потока заявок типа г; Я - интенсивность пуассоновского потока заявок, поступающего на узел 1 (сообщения IAM), 2Я - на узел 5 (сообщения АСМ и ANM), 3). - на узел 10, имитирующий выход заявок из сети (сообщения АСК, АСМ и ANM).

Тогда решение уравнений равновесия для интенсивности потоков в узлах сети имеет следующий вид:

ЗА., (/,г)е {(10,0)}; ХЛг = 2А,, (/,г)е (1,25),(2,24),(3,23),(4,22),(5,21),(0,20); (2)

X, (|,г)е £\{(1,25),(2,24),(3,23),(4,22),(5,21),(0,20),(10,0)}. Состояние сети характеризуется вектором п = (Пр!^,...,!^), п; ={пп,пл,...,пж), п1г - число (г,г)-заявок, а состояние узла / - числом сигнальных сообщений, находящихся на обслуживании в узле /, П- = П-г . Интенсивность обслуженных заявок сигнальных

к К

сообщений в узле / обозначена := = =... = . р; = (У Х-г) / |1 - интенсивность

ген

поступающей в узел / сигнальной нагрузки.

Узлы 2,5,7 с дисциплиной обслуживания ГОВ представляют собой систему М/М/1/оо. Узлы 1,3,4,6,8,9 с дисциплиной обслуживания 1Б можно представить системой М/МЫ0. Введенные для моделирования входа и выхода заявок из сети узлы 0 и 10 не рассматриваются.

Согласно теореме ВСМР, выражение для стационарных вероятностей для обоих видов дисциплин обслуживания в узлах запишется следующим образом:

Г(1-Р()Р?. ' = 2,5,7;

Р(*) = ПР,М ^КН

ер/ = 1,3,4,6,8,9. пЛ

(3)

Для того чтобы учесть задержку, создаваемую сигнальными сообщениями на участке «Контроллер шлюзов - медиа-шлюз», введены узлы 11 (IP сеть 4) и 12 (Медиа-шлюз) и разработана модель их взаимодействия по протоколу MEGACO при установлении соединения (рис. 4).

IP сеть 4

REPLY _______"

-(3)-fT Узел 11

Медиа шлюз (MGW) . /—ч

Г узёп 12~ ~ J ADD

Контроллер шлюзов (SX) Узел 5

Обозначения узлов: 5 - Softswitch;

11 - IP сеть 4;

12 - Медиа-шлюз (MGW)

Рис. 4. Модель обмена сигнальными пакетами между SX и MGW

Заявки №№1-4 инициируются после получения контроллером шлюзов (SX) сообщения IAM [Sigtran] от сигнального шлюза (SGW). После получения заявки №4 контроллер шлюзов посылает сообщение INVITE на прокси- сервер SIP.

Заявки №№5-8 инициируются после получения контроллером шлюзов сообщения 200(0к) от Прокси-сервера. После получения заявки №8 контроллер шлюзов посылает сообщение ANM на сигнальный шлюз.

Заявки №№9-12 инициируются после отправки контроллером шлюзов сообщения ANM к сигнальному шлюзу. После отправки заявки №12 контроллер шлюзов посылает сообщение АСК на Прокси- сервер SIP. При этом в модели фаза разъединения после успешной RTP-сессии не рассматривается.

В диссертационной работе принято, что задержки обработки сообщений и транзакций протокола MEGACO входят в максимальную величину транзитной задержки на участке IP-сети между контроллером шлюзов и медиа-шлюзом, то есть dMEGAco = 2RTTmegaco, где RTT (Round Trip Time) - время сетевой задержки.

Суммируя среднее время пребывания заявки в узлах по траектории ее следования с задержкой на транзитной IP-сети и задержкой обмена сигнальными пакетами MEGACO, получаем формулу для расчета среднего времени D пребывания заявки в системе, согласно принятой нумерации узлов, при условии однотипности всех заявок в системе:

м-1

1МЕСАСО, (4)

;=1

где к,- количество входящих заявок в 1-й узел; (1, - задержка заявки в 1-м узле.

По формуле Литтла для узлов 2,5,7, исходя из предположений теоремы ВСМР об экспоненциальном времени длительности обслуживания заявок в узлах с дисциплиной обслуживания ЕСИЗ, получаем среднее время ¿, пребывания заявки в /-ом узле сети: Ам 1

генЦ/)

где 3{Д| - множество типов заявок, проходящих через узел А^ - среднее число заявок, находящихся на обслуживании в узле /.

Для системы МЮШх из формулы Полячека-Хинчина время пребывания заявки в узле определяется следующим образом:

¿¡>=Ъ1+^-= 2"Р- / = 2 5 7 (6)

где £>; = ц;' - среднее время обработки заявки процессором, р; = Я,(£>.

Из теоремы Севастьянова Б. А. известно, что формула Эрланга справедлива при любом законе распределения длительности занятия. Поэтому для узлов 1,3,4,6,8,9 значение времени пребывания заявки в узле с дисциплиной обслуживания К будет = щ1.

Таким образом, время пребывания заявки в узлах рассчитывается по следующим формулам (табл. 2):

Длительность обслуживания в каждом узле - случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону Длительность обслуживания в каждом узле - постоянная величина

j и я, =' V. / = 1,3,4,6,8,9; , i= 2,5,7. .М-Д1-Р,) V. ' =1.3,4,6,8,9; „ 2"Р'- (= 2,5,7.

Для систем М/М/1/оэ и М/МЫО получаем следующую формулу расчета:

£> = с1{ + й2 + ¿з + + Ъйъ + 3(1 в + 4с11 + Ъ<1% + 2(19 + (1иЕаАС0. (7) Поскольку в системах МЮ/1/оо и МЮМО длительность обслуживания является постоянной величиной, расчет суммарной задержки по формуле (4) дает приближенные значения:

м-1

(8)

¡=1

Блок-схема алгоритма расчета задержки передачи сигнальных сообщений по математической модели представлена на рис. 5.

Ввод исходных данных:

- номер последнего узла сети. М-1;

- количество типов заявок,

-количество входящих в узел / заявоксигнальных сообщений,

- интенсивность поступающих в узел /заявок, Л,- интенсивность обслуженных в узле / вызовов, //,,•

1Л,

- интенсивность поступающей в узел / сигнальной нагрузки, р! --

- задержка на транспортной 1Р-сети с учетом её протяженности.

X

м,

Г Расчет задержки сигнальных I сообщений в узлах сети у

Длительность обслуживания - случайная величина^ ц„тпьт^ обслуживания - постоянная вешчша распределенная по экспоненциальному закону /0\

*-:-V/- *__

tf', ¡=1.3.4.6.8,9;

"H-U. .-2.5Л. у и О-л)' " J

/ = 1.3,4.6.8,9:

3_С

/Вычисление задержки передачи сигнальных сообщений при установлении соединения из сети ТфОП в сеть SIP

Рис. 5. Алгоритм проведения расчетов задержки передачи сигнальных сообщений по математической модели

Важно заметить, что в предположении детерминированности длительности обслуживания заявок в узлах системы, расчет суммарной задержки по формуле (7) дает приближенные значения. Для оценки погрешности вычислений времени пребывания заявок в узлах сети выполнено имитационное моделирование.

В четвертой главе для проведения численного анализа были заданы следующие начальные условия:

- в соответствии с рис. 1 принято, что задержкой между узлами «Прокси-сервер» и «Контроллер шлюзов», можно пренебречь, полагая, что они находятся на одном узле связи (т.е. в формуле (7) d6 = 0);

- рассматриваются три схемы соединений на сетях связи РФ в зависимости от удаленности конечного абонента - местная, региональная и междугородная;

- на узлах сети применяется идентичное по своим характеристикам телекоммуникационное оборудование производителей Cisco, Alcatel, Huawei, Italtel. Максимальная производительность сигнального шлюза и прокси-сервера составляет 300 выз/с, контроллера шлюзов - 1000 выз/с;

- необходимый для проведения численного анализа диапазон реальных транзитных задержек на пакетных сетях связи РФ, с учетом задержки распространения сигнала, составляет 5-НО мс для местной, 20-г30 мс - для зоновой и 60f85 мс - для междугородной сети связи.

- расчеты проведены для следующих значений вероятностей состояния вызова: «Успешное установление соединения» - 0,55; «Вызываемый абонент занят» - 0,25; «Вызываемый абонент не отвечает» - 0,2.

Численный анализ показателей качества обслуживания сигнальных сообщений в сети связи с коммутацией каналов и пакетов в зависимости от интенсивности поступающих сигнальных сообщений проводился согласно алгоритму на рис.5. По его итогам были получены следующие результаты:

- интенсивность сигнальной нагрузки на каждом узле сети (рис. 6);

- задержка пребывания пакетов в узлах сети (рис. 7);

- задержка передачи сигнальных сообщений (табл. 3);

- время установления соединения «из конца в конец» (табл. 4).

Рис. 6. Зависимость интенсивности сигнальной нагрузки в узлах сети от интенсивности поступающих в сеть потоков вызовов

О 120 230 340 460 580 690 !

Интенсивность потока вызовов, выз,/с — —Прокси-сервер -«—Сигнальный шлюз -в-Контроллер шлюзов

22 20

„ о о- I-

!; " d :

120 230 340 460 580

В Интенсивность потока вызовов, выз./с

Рис. 7. Значения задержки пребывания пакетов в узлах сети

С учетом повышения быстродействия телекоммуникационного оборудования, был проведен анализ влияния увеличения максимальной производительности основных узлов сети на задержку сигнальных пакетов. Так, при поступающих в сеть со стороны ТфОП 800 запросах на установление соединения в секунду увеличение производительности сигнального шлюза на 40% не окажет существенного влияния на задержку пакетов в узлах сети - она снизится на 3%. Увеличение производительности прокси-сервера на 40% позволяет снизить задержку в нем на 72%.

Табл.3. Задержка передачи сигнальных сообщений

Тип сети Значения задержки сигнальных сообщений, мс, при заданной интенсивности поступающих вызовов

120 ВЫЗ./С 230 выз./с 340 выз./с 460 ВЫЗ./С 580 выз./с 690 ВЫЗ./С 800 выз./с

Местная 10-И 5 10,5-7-16 11+16 12+17 13+18 15+20 27+32

Зоновая 25+35 25,5+36 26+36 27+37 28+38 30+40 42+52

МГ 65+90 65,5ч-91 66+91 67+92 68+93 75+100 82+107

Табл.4. Время установления соединения «аз конца в конец»

Тип сети Время установления соединения «из конца в конец», мс, при заданной интенсивности поступающих вызовов

120 выз./с 230 выз./с 340 выз./с 460 ВЫЗ./С 580 выз./с 690 выз./с 800 выз./с

Местная 45+85 45,5+86 46+86 47+87 48+88 50+90 62+102

Зоновая 165+245 165,5+246 166+246 167+247 168+248 170+250 182+262

МГ 485+685 485,5+686 486+686 487+687 488+688 495+695 502+702

Данные расчеты проведены для сетевой структуры, включающей в себя от одного до трех доменов. При возрастании количества активных доменов, расчеты должны производиться для каждого нового домена отдельно и суммироваться с уже существующими.

Для подтверждения адекватности модели проведено имитационное моделирование при снятых допущениях однородности всех заявок в системе с учетом 95% доверительных интервалов.

Результаты имитационного моделирования для системы со случайной величиной длительности обслуживания заявок совпадают с результатами аналогичных расчетов по математической модели с точность 10"3. Максимальная погрешность между результатами имитационного моделирования и математической модели для системы с постоянной длительностью обслуживания составляет 9%.

Расчеты показывают, что для разработанной модели установления соединения в гибридной сети с коммутацией каналов и пакетов задержка при передаче сигнальных сообщений и время запаздывания при предоставлении услуг на местных, внутризоновых и междугородных сетях связи в РФ в целом удовлетворяют требованиям, рекомендованным международными организациями по стандартизации в области телекоммуникаций и приказами Минкомсвязи России для пакетных сетей.

В заключении представлены основные результаты работы.

1. Существующие методы оценки качества функционирования сети сигнализации в сети с коммутацией каналов и в сети с коммутацией пакетов позволяют производить расчет интенсивности сигнальной нагрузки протоколов ОКС-7, SIGTRAN и SIP, определять необходимую скорость передачи сигнальных пакетов и пропускную способность выделенного под сигнальную нагрузку канала. Метода для оценки задержки сигнальных пакетов и задержки установления соединения в гибридной сети связи не существует, что отражает актуальность задачи его разработки.

2. Численный анализ сигнальной нагрузки в гибридной сети связи при взаимодействии протоколов сигнализаций ОКС-7, SIGTRAN и SIP показал, что в гибридных сетях при установлении соединения из цифровой сети ТфОП в IP-сеть и обратно интенсивность сигнальной нагрузки не симметрична, с её преобладанием на направлении ТфОП-IP. Анализ сетевых структур, состоящих из двух и более доменов, показал, что при усложнении структуры сети интенсивность сигнальной нагрузки при установлении соединения в гибридной сети связи возрастает в зависимости от количества доменов, но её соотношение для участков ОКС-7, SIGTRAN и SIP сохраняет свои пропорции.

3. Исследование объема сигнальных сообщений SIGTRAN и SIP при анализе существующих методов расчета интенсивности сигнальной нагрузки в сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов позволило установить соотношение требуемого канального ресурса для передачи сигнального трафика SIGTRAN и SIP, а также разработать алгоритм определения необходимого канального ресурса для передачи сигнального трафика по протоколу SIP в зависимости от интенсивности поступающих в сеть вызовов.

4. С использованием принципов взаимодействия протоколов сигнализаций ОКС-7, SIGTRAN, SIP и структуры обмена сигнальными пакетами на уровне узлов телекоммуникационного оборудования разработаны схемы функционирования сети сигнализации в гибридной сети связи для случаев прямого и обратного направлений установления соединений.

5. Разработан приближенный аналитический 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 в узлах сети. Модель установления соединения представлена в виде стационарной неоднородной экспоненциальной сети массового

15

обслуживания без учета класса заявок, состоящей из восьми узлов, при условии, что поступающий на систему поток заявок, соответствующий полезным информационным сигнальным пакетам, является простейшим. Проведена оценка величины задержки сигнальных сообщений на каждом узле сети, на всей сети в целом и время установления соединения «из конца в конец». С помощью имитационного моделирования показано, что аналитический метод дает оценку сверху с относительной погрешностью не более 9%, что доказывает его пригодность для практического использования.

6. Численный анализ показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при взаимодействии ОКС-7, SIGTRAN и SIP позволил сделать следующие выводы:

- задержки в каждом сетевом домене IP-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 IAM и ANM системы ОКС-7.

Следовательно, для гибридных сетей связи с коммутацией каналов и пакетов могут быть рекомендованы величины допустимых задержек сигнальных пакетов и времени запаздывания при предоставлении услуги, принятые для сетей связи следующего поколения.

7. Результаты диссертационной работы вошли в научно-исследовательскую работу кафедры АЭС МТУСИ 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 в рамках модернизации сети МГТС, 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.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, внесенных в перечень ВАК

1. Серебренникова Н.В., Хатунцев А.Б. Эволюция нормирования параметров качества протокола SIP. // Вестник связи. - 2009. - №5. - С. 10-14.

2. Абаев П.О., Хатунцев А.Б. Модель расчета вероятностно-временных характеристик установления соединений в гибридных сетях связи // Электросвязь. - 2010. - №10. -С.53-57.

3. Хатунцев А.Б. Метод оценки длительности передачи сигнальных сообщений в сети с коммутацией каналов и пакетов. // Естественные и технические науки. - 2010. - №4. -С. 275-280.

4. Абаев П.О., Хатунцев А.Б. Построение и анализ модели установления соединения по протоколу SIP в сети связи следующего поколения. // T-Comm - Telecommunications and Transport. - 2010. - №7. - С. 134-138.

5. Хатунцев А.Б. Перспективы и предпосылки внедрения сетей связи следующего поколения в современной России. И T-Comm - Telecommunications and Transport. - 2010. - №7. -С. 46-49.

Публикации по теме диссертации в прочих научных журналах и изданиях

6. Хатунцев А.Б. Качество связи в сетях нового поколения. - Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2006, - М.: МТУ СИ. - 2006.

- С. 29-30.

7. Хатунцев А.Б. Выборочный и сплошной контроль качества услуг в сетях NGN. - Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2007, - М.: МТУ СИ. - 2007. - С. 17-18.

8. Пшеничников А.П., Хатунцев А.Б. Анализ взаимодействия сетей нового поколения на базе протокола SIP с сетями ТфОП. - Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2008, - М.: МТУСИ. - 2008. - С. 23-24.

9. Хатунцев А.Б. Анализ протоколов уровня управления сигнализацией и соединением в сетях связи нового поколения. - Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2008, - М.: МТУСИ. - 2008. - С. 25-26.

10. Пшеничников А.П., Хатунцев А.Б. Анализ задержек передачи функциональных сигналов при сопряжении систем сигнализации ОКС-7 и SIP. - Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2009, - М.: МТУСИ. - 2009.

- С. 25-26.

11. Хатунцев А.Б. Основные факторы перехода к сетям связи следующего поколения в РФ. -Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2009, -М.: МТУСИ. - 2009. - С. 27-28.

12. Хатунцев А.Б. Оценка среднего времени установления соединения в гибридной сети связи. - Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2010, - М.: МТУСИ. - 2010. - С. 16-17.

13. Хатунцев А.Б. Имитационное моделирование процесса обслуживание сигнальных сообщений из цифровой сети ТфОП в сеть IP на базе протокола SIP. - Тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием "Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем", - М.: РУДН. - 2011. - С. 124-126.

Хатунцев Антон Борисович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА АНАЛИЗА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ СИГНАЛЬНЫХ СООБЩЕНИЙ В ГИБРИДНЫХ СЕТЯХ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ И ПАКЕТОВ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Усл.пл. - 1.0 Заказ №06111 Тираж: ЮОэкз.

Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru

Список основных сокращений.

Список основных обозначений.

Введение.

Глава 1. Анализ условий перехода к сетям связи следующего поколения в Российской Федерации.

1.1. Предпосылки и перспективы внедрения сетей связи следующего поколения в России.

1.1.1. Экономические факторы.

1.1.2. Организационно-правовые и технические факторы.

1.1.3. Условия перехода к сетям связи следующего поколения.

1.2. Анализ вариантов структуры гибридной сети связи.

1.3. Параметры качества функционирования сети сигнализации в гибридных f сетях связи.

1.4. Анализ научных работ по теме диссертации.

Выводы.

Глава 2. Анализ методов расчета сигнальной нагрузки в сетях связи с коммутацией каналов и пакетов.

2.1. Постановка задачи исследования.

2.2. Случай инициирования вызова со стороны цифровой сети ТфОП.

2.3. Случай инициирования вызова со стороны сети IP. j 2.4. Численный анализ методов расчета сигнальной нагрузки протоколов

ОКС-7, SIGTRAN и SIP.

Выводы.

Глава 3. Разработка метода расчета вероятностно-временных характеристик систем сигнализации при установлении соединения в сети связи с коммутацией каналов и пакетов.

3.1. Механизм оценки пропускной способности оборудования сети с коммутацией, пакетов.

3.2. Разработка модели установления соединения «из . конца в конец» в сети связи с коммутацией каналов и пакетов

3.3. Алгоритм расчета вероятностно-временных характеристик систем сигнализации в сети связи с коммутацией каналов и пакетов

ВЫВОДЫ;.100?

Глава 4. Анализ метода расчета вероятностно-временных характеристик систем сигнализации.

4.1. Постановка задачи численного' анализа метода расчета вероятностно-временных характеристик систем сигнализации в. сети связи с коммутацией каналов и пакетов.

4.2. Численный: анализ^ метода; расчета- вероятностно-временных характеристик систем сигнализации в сети связи с коммутацией каналов и пакетов.

4.3. ©ценка адекватности- разработанного метода расчета вероятностно-временных характеристик: системе сигнализации в сети, связи с коммутацией каналов ишакетов.!.:.120;

Выводы.

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 информащюнными. 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, OKG-7 и SIP на телефонных и мультисервисных сетях России внесли Аджемов A.C., Башарин Г.П., Гольдштейн Б.С., Кучерявый А.Е., Самуйлов К.Е., Соколов H.A., 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 методов, оценки характеристик качества .функционирования гибридной сети связи; при взаимодействии* систем w протоколов сигнализаций различных технологий; •

- проведен численный анализ; существующих методов? расчета интенсивности сигнальной нагрузки в гибридных сетях,,связи, при взаимодействии протоколов сигнализаций OKC-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:

1. Численный^ анализ существующих методов расчета интенсивности сигнальной; нагрузки при взаимодействии протоколов OKG-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.

2. Разработан алгоритм оценки необходимого канального ресурса для обслуживания сигнального трафика протокола SIP в зависимости от интенсивности поступающих в сеть вызовов.

3. 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.

4. 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, выносимыена защиту:

1. Участок гибридной сети «контроллер шлюзов — прокси-сервер SIP -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.

2. 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.

4. 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%.

5. 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%.

6- Численный: анализ показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при взаимодействии ОКС-7, SIGTRAN и SIP позволил сделать следующие выводы::

- задержки в каждом; сетевом домене IP-участка, сети укладываются в нормы по задержкам сигнальных сообщении 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: 1АМС 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;

Практическая? значимость- работы, заключается в применимости разработанных аналитических; методов при проектировании- сетей: связи следующего поколениям и контроля качества- работы сети сигнализации в гибридной сети, связи- Разработанный в диссертационной работе, метод оценки; вероятностно-временных характеристик установления сигнального соединения »в гибридной^ сети связи реализован в виде про1раммы для ПЭВМ и пригоден для проведения инженерных расчетов. 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 МТУ СИ в виде учебного пособия 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 МТУ СИ (2006-2010 годы); на Всероссийской; конференции, с международным1 участием "Информационно-телекоммуникационные технологии иматематическое 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 мтуси. .

Публикации., Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в пяти журналах, рекомендованныхВАК.

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.

Основные результаты диссертационной работы.

1. Существующие методы: оценки качества функционирования сети сигнализации в сети с коммутацией каналов и в сети с коммутацией пакетов позволяют производить расчет, интенсивности сигнальной нагрузки протоколов ОКС-7, SIGTRAN. и SIP; определять необходимую скорость передачи сигнальных пакетов и пропускную способность выделенного под сигнальную нагрузку канала. Метода для« оценки задержки сигнальных пакетов и задержки; установления соединения в гибридной сети связи не существует, что отражает актуальность задачи его разработки. .

2. Численный анализ сигнальной нагрузки в гибридной сети связи при взаимодействии;протоколов; сигнализаций ОКС-7,; SIGTRAN и SIP показал, что в гибридных сетях при; установлении соединения из цифровой сети ТфОП в IP-сеть и обратно интенсивность; сигнальной нагрузки не симметрична, с преобладанием в сторону направления ТфОПг1Р. Анализ сетевых структур, состоящих из двух и более, доменов, показал, что при усложнении структуры сети интенсивность сигнальной, нагрузки; - при-установлении соединения в гибридной сети связи возрастает в зависимости* от количества доменов, но её соотношение для участков ОКС-7, SIGTRAN и SIP сохраняет свои пропорции. .

3. Исследование объема сигнальных сообщений SIGTRAN и SIP при анализе существующих методов расчета интенсивности сигнальношнагрузки; в сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов позволило установить соотношение требуемого канального ресурса .для передачи сигнального трафика SIGTRAN и SIP, а также разработать алгоритм определения необходимого канального ресурса для передачи сигнального трафика по протоколу SIP в зависимости от интенсивности поступающих в сеть вызовов:

4. С использованием принципов взаимодействия протоколов сигнализаций ОКС-7, SIGTRAN, SIP и структуры обмена сигнальными пакетами на уровне: узлов телекоммуникационного оборудования разработаны схемы функционирования сети сигнализации в; гибридной; сети связи" для случаев прямого и обратного направлений установления соединений. : ,

5. Разработан приближенный аналитический метод;расчета показателей качества обслуживания; сигнальных сообщений ОКС-7, SIGTRAN и SIP в сети; с, коммутацией каналов, и пакетов для: случаев экспоненциального; и детерминированного распределения длительности: обслуживания заявок в. узлах сети1. Модель установления соединения представлена в. виде стационарной неоднородной экспоненциальной сети; массового обслуживания! без учета- класса? заявок; состоящей из восьми узлов,, при; условии, что поступающий на систему поток заявок, соответствующий полезным: информационным сигнальным ' пакетам, является простейшим. Проведена оценка, величины; задержки; сигнальных сообщений? на каждом узле сети, на всей сети в целом и время установления соединения, «из конца в конец». С помощью имитационного моделирования, показано; , что; аналитический метод дает оценку сверху с относительной погрешностью не более 9%, что доказывает его пригодность дляшрактического«использования:.,

6. Численный? анализ показателей ; качествам обслуживания-сигнальных сообщений при взаимодействии. ОКС-7, SIGTRAN и SIP позволил», сделать следующие выводы:

- задержки' в каждом сетевом домене IP-участка сети укладываются в нормы по задержкам сигнальных сообщений« для? сетей с коммутацией пакетов; задержки в наиболее типичной; для; условии РФ' структуре, состоящей из трех; доменов «местная сеть оператора 1 — транзитная- сеть оператора 2 — местная; сеть оператора 3» укладываются , в; нормы, разработанные для сообщений IAM и ANM системы ОКС-7.

Следовательно, для гибридных сетей связи с коммутацией каналов и пакетов могут быть рекомендованы величины допустимых задержек сигнальных пакетов и времени запаздывания при предоставлении услуги, принятые для сетей связи следующего поколения.

7. Результаты диссертационной работы вошли в научно-исследовательскую работу кафедры АЭС МТУСИ 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 в рамках модернизации сети МГТС, 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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Абаев П.О., Хатунцев А.Б. Модель расчета вероятностно-временных характеристик установления соединений; в гибридных сетях связи // Электросвязь. - 2010. - №10. - С.53-57.

2. Абаев П.О., Хатунцев А.Б. Построение и анализ модели установления соединения по протоколу SIP в сети связи следующего поколения. // T-Comm Télécommunications and Transport. - 2010: - №7. - стр. 134" ; 138. .,'. . ■■:■.•'.

3. Аджемов A.C., Гуркйн Д.В, Кочнева Т.А., Крупное А.Е. Принципы построения сети ОКС 7 на ЕСЭ Российской Федерации. М.: Изд. ФГУП ЦНИИС, 2004.

4. Башарин В. Г. Модели Информационно-вычислительных систем. М:: Наука, 1993.

5. Башарин Т.П., Бочаров П.П., Коган Я.А. Анализ очередей в вычислительных сетях. М.: Наука, 1989:

6. Башарин Г.1 Г., Наумов В.А., Самуилов К.Е. Анализ маршрутных задержек^ в сети: каналов системы/сигнализации №7 // Автоматика и вычислительная техника. 1986. - №3.

7. Брусиловский С. А. Гармонизация инновационного развития ЕСЭ РФ. Труды 8-ой Международной конференции

8. Инфокоммуникационные технологии и услуги. NGN в России. Контент», www.rezonance.com.

9. Васильев А.Б., Соловьев С.П., Кучерявый А.Е. Системно-сетевые решения по внедрению технологии NGN на российских сетях связи. // Электросвязь. 2005. - №3.

10. Васильев А.Б. Принципы построения сетей электросвязи на базе технологии NGN и их взаимодействия в Российской Федерации. -Научно-технический Совет Минкомсвязи России, ФГУП ЦНИИС, секция №3, 19 ноября 2009.

11. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. Москва: Техносфера, 2003.

12. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию* массового обслуживания. Изд. 2-е. М.: Наука, ГРФМЛ, 1987.

13. Голышко А. Кирпичики Вселенной NGN. Connect! Мир связи. -2006. - № 4. - С.5 - 7.

14. Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Softswitch. СПб.: БХВ1- Санкт-Петербург, 2006.

15. Гольдштейн Б.С., Гольдштейн А.Б. Конвергенция технологий в операторских сетях. Сценарии возможные и невозможные. // Connect! Мир связи. 2007. - №10.

16. Гольдштейн Б.С., Зарубин A.A., Саморезов В.В. Протокол SIP. Справочник // Серия: Телекоммуникационные протоколы ВСС РФ, Изд-во: БХВ Санкт-Петербург, 2005.

17. Гольдштейн А.Б. Гольдштейн Б.С., АтцикА.А. Протокол MEGACO/H.248. Справочник // Серия: Телекоммуникационные протоколы ВСС РФ, Изд-во: БХВ Санкт-Петербург, 2009.

18. Гребешков А.Ю. Стандарты и технологии управления сетями связи. М.: Эко-Трендз, 2003.

19. Гургенидзе А. Новый виток в развитии NGN-сетей России. // Connect! Мир Связи. 2009. - №5.

20. Дегтярев Ю. И. Исследование операций — М.: Высшая школа, 1986.

21. Денисьева О.М., Коротовских A.B. Особенности построения и , эксплуатации телефонных станций на базе NGN-решений. // Вестниксвязи.-2009. -№10.

22. Дымарский Я.С., Крутякова Н.П., Яновский Г.Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачию. М.: ИТЦ «Мобильные коммуникации», 2003.

23. Дэвидсон Д., Питере Д., Бхатия М. и др. Основы передачи голосовыхданных по сетям IP. Киев: Вильяме, 2007.

24. Журавлев C.B. Проблемы внедрения услуг SIP-телефонии// Информкурьер-связь. 2004. - №2.

25. Кендалл Морис Дж., Стьюарт Алан. Многомерный статистический > анализ и временные ряды. М.: Наука, 1976.

26. Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на БОС России, Минсвязь РФ, 25.01.2002.

27. Королев В. Системы мониторинга сети сигнализации как базовая составляющая OSS/BSS компаний-операторов. // Connect! Мир связи. 2007. - №7.

28. Кучерявый А.Е., Кучерявый Е.А., Харью Я. Качество обслуживания в сети Интернет. // Электросвязь. 2002. - №1.

29. Кучерявый А.Е., Цуприков A.JI. Сети связи следующего поколения.,-М.: ФГУПЦНИИС, 2006.31'. Кучерявый А.Е., Гильченок Л.З., Иванов А.Ю. Пакетная сеть связи общего пользования. Спб.: Наука и Техника, 2004.л ^

30. Лесин Л., Пинчук А., Соколов Н. Модернизация сетей телефонной связи: вектор эволюции. // Connect! Мир связи. — 2007. №2.

31. Летников А.И., Наумов В.А. Разработка модели для анализа показателей качества функционирования сигнализации по протоколу SIP. // Электросвязь. 2007. - №7. - С.44-47.

32. Летников А;И., Пшеничников А.П., Гайдамака Ю.В., Чукарин А.В: Системы сигнализации: в сетях с коммутацией каналов и пакетов. М:: МТУСИ, 2008:

33. Лигягин И.Е. Роль системы мониторинга в»инфраструктуре оператора МГ/МНсвЬй. //Вестник связи:-2007. №9.

34. Ловягина О.Г. Распределенный мониторинг ОКС-7.// Вестник связи. -2007. №2. . • , ■■■".' (

35. Ловягина О.Г. Эволюция распределенного мониторинга сети»0КС-7. // Вестник связи.—2006. №12.38: Мальцева А. Новые стратегии'; "Связьинвеста" щ "Ростелекома". НП "Телеком Форум", сентябрь 2009. • '

36. Матвеев В.Ф., Ушаков?, В.Г. Системы массового обслуживания; М:: Изд-воМГУ, 1984: . ;; : '' V •41: Непомнящий А. \№1МАХ-2009: год "взрывного роста". // Вестник связи.-2009. №12. :

37. Никольский Н.Н. Передача ОКС:7 через ТР. // Сети и системы связи. -2005. №7. ' . -■'/::;. ' • • ' '.' ."

38. Приказ Мйнинформсвязи РФ № 113' «Об утверждении Требований; к организационно-техническому обеспечению1 устойчивого функционирования сети связи общего пользования», 2007.

39. Приказ Мининформсвязи РФ №55 «Об утверждений« Правил применения оборудования автоматизированных систем управления и мониторинга сетей электросвязи», 2007.

40. Приказ Минкомсвязи РФ №11 «Об утверждении Правил применения абонентских цифровых концентраторов», 2009.

41. Пшеничников А.П., Хатунцев А.Б. Анализ взаимодействия сетей нового поколения на базе протокола 81Р с сетями ТфОП. Труды конференции "Т лекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2008, - М.: МТУ СИ. - 2008. - с. 23-24.

42. Пшеничников А.П., Хатунцев А.Б. Анализ задержек передачи функциональных сигналов при сопряжении систем сигнализации ОКС-7 и 81Р. Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2009, - М.: МТУСИ. - 2009. - с. 2526.

43. РД 45.046-99 Аппаратура связи, реализующая функции передачи речевой информации по сетям передачи данных с протоколом 1Р. Технические требования, 1999.

44. РД 45.079-99 Оборудование связи, реализующее функции совмещенного узла коммутации и управления услугами* 88СР платформы интеллектуальной сети связи. Общие технические требования, 2003.

45. РД 45.217-2001 Технические спецификации ОКС 7. Книга 1. Подсистема передачи' сообщений (МТР) для национальной сети России (МТР-2000), 2001.

46. РД 45.217-2001 Технические спецификации ОКС 7. Книга 2. Подсистема управления соединением сигнализации (8ССР) для национальной сети России (8ССР-2000), 2001.

47. РД 45.217-2001 Технические спецификации ОКС 7. Книга 3. Подсистема возможностей транзакции (ТС) для национальной сети России (ТС-2000), 2001.

48. РД 45.217-2001 Технические спецификации ОКС 7. Книга 4. Подсистема пользователя ЦСИС (18ИР) для национальной сети России (18ЦР-11-2000) (с Изменением N 1), 2001.

49. РД 45.223-2001 Система сигнализации, 2001.

50. РД 45.231-2002 Комплекс аппаратно-программных средств мониторинга сети ОКС 7. Общие технические требования, 2002.

51. РД 45.333-2002 Оборудование связи, реализующее функции гибкого коммутатора. (Softswitch). Технические требования, 2003.

52. Росляков A.B., Ваняшин C.B., Самсонов М.Ю., Шибаева И.В., Чечнёва И.А. Сети следующего поколения NGN. М.: Эко-Трэндз, 2009.

53. Самуйлов К.Е. Системы массового обслуживания ограниченной емкости и их приложение к анализу информационно вычислительных систем: Авторсф. дис. канд. физмат, наук. - М., 1984.4

54. Самуйлов К.Е., Лузгачев М.В., Плаксина О.Н. Разработка \ вероятностной модели для анализа показателей качества протокола инициирования сеансов связи. Вестник РУДН, Серия Математика. Информатика. Физика. Т. 1. №3-4, 2007. с.16-26.

55. Самуйлов К.Е. Методы анализа и расчета сетей ОКС 7. Монография. М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 2002.

56. Серебренникова Н.В., Хатунцев А.Б. Эволюция нормирования параметров качества протокола SIP. // Вестник связи. — 2009. №5. — С. 10-14.

57. Система сигнализации №7: Учебное пособие для инженерно-технического персонала / Под ред. Жаркова М.А., Самуйлова К.Е., Шапарева A.B. М.: ПАИМС, 2000.

58. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: практикум. М.: Высшая школа, 1999.

59. Соколов H.A. Процессы конвергенции, интеграции и консолидации в современной телекоммуникационной системе. // Connect! Мир связи. -2007.-№10.

60. Соколов H.A. Пути преобразования телефонных сетей в NGN-сети. // Connect! Мир связи. 2007. - №5.

61. Технические спецификации на прикладную подсистему техобслуживания и эксплуатации системы сигнализации № 7 для национальной сети России (OMAP-R), 1996.

62. Хатунцев А.Б. Анализ протоколов уровня управления сигнализацией и соединением в сетях связи нового поколения. Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2008, - М.: МТУСИ. - 2008. - с. 25-26.

63. Хатунцев А.Б. Выборочный и сплошной контроль качества, услуг в сетях NGN. Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2007, - М.: МТУСИ. - 2007. - с. 1718.

64. Хатунцев А.Б. Качество связи в сетях нового поколения. Труды конференции "Телекоммуникационные и. вычислительные системы" МФИ-2006, - М.: МТУСИ. - 2006. - с. 29-30.

65. Хатунцев А.Б. Метод оценки длительности передачи сигнальных сообщений в сети с коммутацией каналов и пакетов. // Естественные и технические науки. 2010. - №4. - С. 275-280.

66. Хатунцев А.Б. Основные факторы перехода к сетям связи следующего поколения в РФ. Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2009, -М.: МТУСИ. - 2009. - с. 27-28.

67. Хатунцев А.Б. Оценка среднего времени установления соединения в гибридной сети связи. Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" МФИ-2010, -М.: МТУСИ. - 2010.-с. 16-17.

68. Хатунцев А.Б. Перспективы и предпосылки внедрения сетей связи следующего: поколения в современной России. // T-Comm — Telecommunications and Transport. — 2010. №7. — стр. 46-49.

69. Dryburgh L., Hewett J: Signaling System No. 7 (SS7/C7): Protocol; Architecture, and Services // Cisco Press, 2004.

70. ETSI- TS 102 024-2: Telecommunications: and Internet Protocol Harmonization Over Networks (TIPHON) Release 4; End-to-end Quality of Service in TIPHON Systems; Part 2: Definition of Speech Quality of Service (QoS)Classes ,V4.1.1, 2003-09:

71. IETF Draft draft-ietf-pmol-sip-perf-metrics-01: SIP End-to-End Performance Metrics, June 2008.

72. IETF Draft draft-ietf-sigtran-m2pa-13: Signaling System 7 (SS7) Message Transfer Part 2 (MTP2) User Peer-to-Peer Adaptation Layer (M2PA).

73. IETF Draft draft-ietf-sigtran-m2ua-15: Signaling System 7 (SS7) Message Transfer Part 2(MTP2) User Adaptation Layer.

74. IETF Draft draft-ietf-sigtran-m3ua-12: Signaling System 7 (SS7) Message Transfer Part 3(MTP3) User Adaptation Layer (M3UA).

75. IETF Draft draft-ietf-sigtran-signalling-over-sctp-applic-09: Telephony Signalling Transport over SCTP applicability statement.

76. IETF Draft draft-ietf-sigtran-sua-16: Signalling Connection Control Part User Adaptation Layer (SUA).

77. IETF Draft draft-ietf-sipping-overload-reqs-05: Requirements for Management of Overload in ,the Session Initiation Protocol, June2008.

78. IETF RFC-2719: Framework Architecture for Signaling Transport, October 1999.

79. IETF RFC 2976: SIP INFO Method, October 2000.

80. IETF RFC 3261 : SIP: Session Initiation Protocol, June 2002.

81. IETF RFC 3262: Reliability of Provisional Responses in SIP, June 2002.

82. IETF RFC 3265 : SIP Specific Event Notification, June 2002.

83. IETF RFC 3515: SIP Refer Method, April 2003.95; IETF RFC 4960: Stream Control?Transmission Protocol^ September;2007;

84. IETF RFC 3032: MPLS Label Stack Encoding, January 2001.

85. Interworking Switched Circuit and Voice-over-IP Networks // IEC Online Web ProForums Tutorial (www.iec.org/online/tutorials/ipin).

86. ITU-T Recommendation E Series: E.721.99; ITU-T Recommendation E Series: E.723.

87. ITU-T Recommendation H Series: H.323:

88. ITU-T Recommendation Q Series: Q.Sup51.

89. ITU-T Recommendation Q Series: Q.706.

90. ITU-T Recommendation Q Series: Q.768.

91. ITU-T Recommendation Y Series: Y. 1540.

92. ITU-T Recommendation Y Series: Y.1541.

93. Johnston A.B. SIP: Understanding the Session Initiation Protocol // Artech House, 2004.

94. Продукты VoIP, голос и мультимедиа в операторских сетях Электронный ресурс. URL: http://www.alcatel-lucent.com (дата обращения: 12.08:2010):

95. Плавная миграция TDM сети в NGN-сеть Электронный ресурс., URL: http://www.si2000.ru/solution/tdmtongn (дата обращения:1210.2009).

96. Сигнальные шлюзы и медиашлюзы. Решения Cisco Systems Электронный ресурс. URL: www.cisco.ru (дата обращения:2102.2010).

97. Аналитика рынка телекоммуникаций исследовательской компании Gartner Inc. Электронный ресурс. URL: wvvw.gartner.com (дата обращения: 11.03.2009).

98. Решения Hewlett-Packard в области телекоммуникаций и связи Электронный ресурс. URL: www.hp.ru (дата обращения: 20;09.2009).

99. Сигнальный шлюз SG7000 Электронный ресурс. URL: www.huawei.ru ("дата обращения: 05.08.2009):

100. Creating Next-Generation Signaling Gateways Using AdvancedTCA and AdvancedMC Technology Электронный ресурс. URL: www.intel.com (дата обращения: 05.02.2009).

101. Система iMSS Электронный ресурс. URL: www.italtel.com (дата обращения: 12.03.2009).

102. Ежегодная статистика отрасли связи Электронный ресурс. URL: http://minkomsvjaz.ru/industry/1193 (дата обращения: 22.10.2010).

103. Архитектура MPLS Электронный ресурс. URL: http://www.opennet.ru/docs/RUS/mpls/mplsarchitecture.html (дата обращения: 27.07.2009).

104. AdvancedTCA Platform Guide Электронный ресурс. URL: www.nmscommunications.com,www.dialogic.com (дата обращения: 05.05.2009).

105. Nortel Communication Server 1000, Nortel Signalling Server Электронный ресурс. URL: www.nortel.com (дата обращения:0906.2009).

106. Публикации на тему NGN Электронный ресурс. URL: http://www.protei.ru/company/publications/ngn.html (дата обращения:1712.2010).

107. Годовые отчеты компаний группы Связьинвест Электронный ресурс. URL: http://www.svyazinvest.ru/invest/reports (дата обращения: 24.10.2010).