автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка метода повышения пропускной способности уровня абонентского доступа

На правах рукописи

Булатов Сергей Валерьевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ УРОВНЯ АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

1 о сея ®

003476260

Работа выполнена на кафедре систем управления городских телефонных сетей Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский технический университет связи и информатики» (ГОУ ВПО МТУСИ)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Степанова Ирина Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кучерявый Андрей Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент Иевлева Татьяна Викторовна

Ведущая организация Открытое акционерное общество «Московская

городская телефонная сеть»

Защита диссертации состоится^^ 009 года ву^часов на заседании диссертационного совета Д 219.001.03 по защите докторских и кандидатских диссертаций при ГОУ ВПО «Московский технический университет связи и информатики» по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, дом 8а, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ.

Автореферат разослан _ 2009 г.

„ •^Тфсичкина Т. П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие телекоммуникационной отрасли в России идет в направлении реализации о 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 мультисер-висность, 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.

Характерной особенностью сетей NGN является использование в транспортных сетевых структурах дополнительных (обходных) путей связи, наличие которых позволяет повышать пропускную способность сети связи путем регулирования и перераспределения потоков трафика для поддержания стационарного режима работы сети и защиты от перегрузок. Например, на уровне доступа NGN предусматривается включение мультиплексорных абонентских коммутаторов МАК в транспортный уровень сети связи по двум и более путям. Использование обходных путей связи на уровне доступа NGN с возможностью направления вызовов на голосовую почту позволяет дополнить работу защитных механизмов сети связи.

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 Захарова Г. П., Лазарева В. Г., Шнепса-Шнеппе М. А., Неймана В. И., Пшеничникова А. П., Степанова С. Н., Кучерявого А. Е. 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 пакетов;

разработана математическая модель функционирования уровня абонентского доступа, учитывающая тенденции изменения поведения абонентов в современных телекоммуникационных сетях;

разработан 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 почту;

проведены сравнительный анализ и исследование различных вариантов построения уровня доступа с учетом совместной передачи речевого и мультимедийного трафика;

разработан 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 научно-производственной деятельности ООО «Италтел Руссия», 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, из них: 7 статей, в том числе - одна статья в журнале из Перечня ВАК Министерства образования Российской Федерации; 8 докладов на конференциях; без соавторов опубликованы 4 работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Она изложена на 96 страницах, включает 36 рисунков, 15 таблиц, 3 приложения. Список литературы включает 95 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы выбор темы диссертации, ее актуальность, новизна, определены цель и задачи исследования, структура и объем диссертации, коротко изложено ее содержание.

В первой главе систематизированы особенности перехода к сетям нового поколения NGN и архитектуре IMS, рассмотрены теоретические методы расчета их пропускной способности.

Специфика развития отрасли телекоммуникаций Российской Федерации на современном этапе заключается в том, что 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. Реализация сетей NGN и IMS будет способствовать расширению спектра предоставляемых конвергентных услуг и влиять на поведение абонентов. Тенденции изменения поведения абонентов телекоммуникационных сетей были отражены 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. Для регулирования настойчивости абонентов должны использоваться специальные сообщения информационной службы, дающие абонентам информацию о причине недоступности абонента и имеющихся в распоряжении пользователя средствах. Можно ожидать, что широкое внедрение систем голосовой почты с возможностью переадресации на них вызовов при не ответе или при занятости абонента может изменять такие параметры модели поведения абонента как: вероятность того, что вызываемый абонент занят или не отвечает; настойчивость абонента; средний интервал между повторными попытками установления соединения.

Пропускная способность сети связи и отдельных ее элементов при обслуживании трафика телефонии характеризуется интенсивностью нагрузки, которая может быть пропущена с заданной вероятностью потерь по вызовам при выполнении условия передачи речи с высоким качеством. Обслуживание трафика телефонии описывается методами теории телетрафика. Традиционными задачами задачи для теории телетрафика являются задачи оптимизации построения ССОП на основе расчета пропускной способности с целью определения необходимого ресурса каналов трафика и минимизации объема телекоммуникационного оборудования. Применение метода декомпозиции позволяет независимо анализировать работу участков сети. В сетях NGN актуально использование формул Эрланга и их модификаций для расчета пропускной способности следующих участков сети связи:

на уровне доступа сети NGN при обслуживании трафика телефонии; в местах сопряжения сетей телефонной связи разного вида и подчинения (фиксированной и мобильной связи, корпоративных сетей с сетями общего пользования);

для расчета числа каналов трафика в радиоинтерфейсах базовых станций мобильной связи при обслуживании с отказами;

в местах сопряжения с различными информационно-справочными структурами. Для описания функционирования сетей пакетной коммутации в условиях совместной передачи информационных потоков разного вида (речь, сообщения электронной почты, файлы Интернет, видеоинформация) используются методы интегрального исследования теории самоподобных процессов. Аналитические выражения в этом случае сложны и требуют привлечения ЭВМ для получения результата. 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.

Во второй главе предложены перспективные варианты организации обслуживания трафика на уровне доступа NGN.

Была разработана модифицированная модель поведения абонента сети NGN, позволяющая учесть такие особенности организации уровня абонентского доступа как организация обходных путей на уровне доступа и возможность подключения к голосовой почте. Анализ системы показателей в модифицированной модели поведения абонента сети NGN позволил выделить:

величину 7ti, характеризующую вероятность того, что вызов получит отказ в обслуживании на пути первого выбора и будет направлен на путь второго выбора; показатель v|/aw„0, характеризующий вероятность поступления вызова на средства аудио-контакта; общую вероятность потерь ВЫЗОВОВ Яотказа-

Можно ожидать, что организация и использование обходных путей на сетях NGN и IMS будет влиять на вероятность потерь по вызовам яопаза, увеличивая в целом пропускную способность уровня доступа. Для регулирования величины 710ткаэа должен производиться обоснованный выбор пропускной способности путей установления соединения и режима их использования, а также использоваться специальные сообщения информационной службы, дающие абонентам информацию о причине недоступности абонента и имеющихся возможностях. Например, при подключении мультимедийного абонентского концентратора МАК к транспортной сети перспективно использование режима псевдослучайного занятия линий, при котором прямой и обходной путь образуют объединенный ресурс.

Следует учитывать влияние значительной асимметрии входящего и исходящего трафика при реализации комплекта услуг Triple Play - объем входящего мультимедийного трафика значительно превышает объем исходящего трафика. Асимметрия входящего и исходящего трафика с одной стороны является следствием технических решений оборудования цифровой абонентской линии xDSL, а с другой стороны -следствием опережающего развития таких услуг как видео по запросу и получение телевизионных программ в общем пакете услуг, включающем речевые услуги и доступ к сети Internet. Мультимедийный трафик по своим характеристикам резко отличается от трафика телефонии. Следует также учитывать особенности поведения пользователей сети Internet, так более, что оконечное оборудование позволяет им захватывать максимально возможную полосу пропускания. Как показывает опыт предоставления мультимедийных услуг, такой захват зачастую происходит в нарушение имеющихся договоров и в ущерб других пользователей.

Одним из действенных способов управления сетями связи при перегрузках является использование приоритетов в обслуживании вызовов. Перспективным решением является предоставление абсолютного приоритета трафику телефонии, который, принципиальные возможности которого реализованы в последних протоколах IP. При этом трафик приложений с более низким приоритетом (видео, данные) не будет влиять на речевой трафик, имеющий более высокий приоритет.

Традиционно в сетях телефонной связи общего пользования используется предположение о равенстве интенсивности потоков исходящего и входящего трафика на конкретном участке сети.

На уровне доступа к услугам телефонной связи такое равенство продиктовано предположением о свободном выборе для пользователей - с равной вероятностью они могут принимать вызовы или осуществлять их. Проявление асимметрии нагрузки в сети NGN и, в том числе, на уровне доступа обусловлено особенностями потоков трафика абонентов разных категорий, введением новых услуг и включением call-центров. В качестве эффективного средства защиты от асимметрии нагрузки предлагаются перспективные варианты подключения МАК к транспортной сети с использованием пучков линий двухстороннего занятия.

7

На рисунке 1 представлен вариант прохождения потоков трафика телефонии на участке абонентского доступа сети NGN, которое соответствует перспективному варианту направления потоков исходящего и входящего трафика по разным маршрутам, включая обходное направление связи между транзитными узлами.

Исходящий трафик с интенсивностью Аисх, создаваемый абонентами концентратора МАК, направляется в сторону транзитного узла (ТУ) сети NGN под номером Z (ТУг). Входящий трафик с интенсивностью Авх поступает в концентратор со стороны транзитного узла ТУэ. Часть трафика будет замыкаться внутри МАК без выхода на транспортную сеть.

Существование независимых путей связи (по исходящей связи - от МАК в сторону ТУг, по входящей связи - от ТУС в сторону МАК) повышает надежность сети связи, позволяя использовать второй путь как обходной в случае занятости всех линий в ос-новномпути. На рисунке 1 показана маршрутизация избыточного входящего трафика по пути ТУс - ТУг - МАК. Пропускная способность виртуальной канальной структуры, связывающей ТУе и ТУг, должна учитывать возможность такого транзита. В рассматриваемом случае выполнена привязка входящего трафика к транзитному узлу ТУ2. Решение об использовании обходного направления должно приниматься на ТУг, и может быть реализовано совместно с ТУ3. Привязка может изменяться с учетом реальной ситуации на сети в зависимости от требований надежности и объемов поступающего трафика.

На рисунке 2 представлен вариант организации включения абонентского концентратора в сеть NGN с использованием двух направлений связи. Он отличается от предыдущего варианта использованием пучков линий двухстороннего занятия, что становится возможным при использовании системы сигнализации по общему каналу. Имеются независимые направления связи (между МАК и ТУ2, между ТУе и МАК), на каждое из которых может поступать как исходящий, так и входящий трафик телефонии. Равномерную загрузку этих направлений связи по исходящей связи позволит использование специальных процедур распределения и ограничения трафика.

Входящий трафик телефонии может поступать на абонентский концентратор от одного из транзитных узлов (ТУ2 или ТУс). Возможна привязка входящего трафика к одному из транзитных узлов - в рассматриваемом случае к транзитному узлу ТУ* Использование средств аудиконтакта, направленное на снижение числа повторных вызовов, реализуется в момент поступления вызова, если невозможна связь с пользователем по причине его неответа или занятости другим разговором.

Рассмотрим примеры. Можно ожидать, что повысить пропускную способность уровня доступа позволит подключение к конкретному абонентскому концентратору пользователей квартирного и народного хозяйственного (бизнес) сектора в равных долях. Наибольшую эффективность предложенное решение покажет в случае несовпадения часов наибольшей нагрузки (ЧНН) по исходящему и входящему трафику, а также в том случае, когда в абонентский концентратор будут включены абоненты разных категорий и разных сфер деятельности.

На практике реализовать такой подход бывает затруднительно, поскольку число оконечных устройств пользователей квартирного сектора превышает число оконечных устройств народнохозяйственного и бизнес сектора. Возможный вариант - включение операторов виртуального информационного центра (СаП-центра) в абонентский концентратор «спального» района мегаполиса. Поскольку в рабочее время исходящий трафик телефонии будет небольшим, допустимо обслуживание входящего трафика к операторам СаН-центра по прямому и обходному путям, что позволит реализовать основную задачу Call-центров - прием вызовов без потерь.

МАК

телефонии на уровне доступа NGN

МАК

Рисунок 2 - Вариант использования пучков связи двухстороннего занятия на уровне доступа NGN

На рисунке 3 представлены результаты расчета вероятности потерь по вызовам в пучках связи между абонентским концентратором и опорно - транзитным узлом Рд0-ступа в зависимости от величины S, которая характеризует отношение между интенсивность нагрузки входящего трафика Авх и суммарной интенсивностью трафика A: S = Авх / А. Потери по вызовам уровне доступа РАоауш определялись по первой формуле Эрланга с учетом особенностей варианта организации прохождения потоков трафика телефонии. Расчет проводился для фиксированного использования соединительных линий равного 0,8, которое соответствует максимально допустимому использованию соединительных линий, рекомендованному для цифровых систем коммутации каналов. Зависимости рисунка 3 позволяют сделать вывод, что объединение потоков исходящего и входящего трафика в пучке линий двухстороннего занятия обеспечивает защиту от асимметрии нагрузки на уровне абонентского доступа сети NGN. Вероятность потерь по вызовам в пучке линий двухстороннего занятия Рдвухстор.зан. для рассмотренного случая на два порядка меньше средней вероятности потерь Рсреднее, которая определялась как Рсреднее -S х PBx+(1-S) х Рис*, где Рвх и РВс* - вероятности потерь по вызовам в пучках входящей и исходящей связи.

9

Рисунок 3 - Зависимость вероятности потерь по вызовам от S

Наименьшее знамение величина Рсреднее имеет при выполнении условия S = 0,5. Если величина S * 0,5, то определяющими становятся потери по вызовам в пучке линий исходящей или входящей связи. Снижение использования соединительных линий относительно величины 0,8 приведет К уменьшению величин Рдеухстор.зан. и Рсреднее-Однако, общий характер зависимости Рсреднее от S сохранится.

Варианты организации прохождения телефонного и мультимедийного трафика на уровне абонентского доступа NGN были систематизированы: с учетом особенностей включения МАК в транспортную сеть; соотношения по интенсивности между входящим и исходящим трафиком; влияния настойчивости абонентов при реализации повторных вызовов; возможность маршрутизации избыточных вызовов на обходные пути. На рисунке 4 представлен перспективный вариант прохождения потоков телефонного и мультимедийного трафика на уровне доступа NGN. Исходящий трафик телефонии пойдет по пути МАК - ТУ2. Входящий трафик телефонии пойдет по пути ТУг -МАК. Входящий мультимедийный трафик пойдет по пути TYg - МАК с выделением отдельного ресурса пропускной способности. Путь TYg - МАК используется как ресурс обходного направления телефонии.

МАК

Рисунок 4 - Перспективный вариант прохождения потоков трафика на уровне доступа NGN 10

Перечислим особенности перспективного варианта построения уровня доступа при совместной передаче телефонного и мультимедийного трафика: эффективная защита от влияния асимметрии нагрузки; возможность гибкого увеличения пропускной способности уровня доступа за счет ресурса обходного пути в транспортной сети; необходимость предоставления абсолютного приоритета речевому трафику.

В третьей главе разработана математическая модель обслуживания вызовов на уровне абонентского доступа сети связи нового поколения NGN.

Особенностью разработанной математической модели является то, что она учитывает использование транспортной сети коммутации пакетов IP/MPLS для реализации дополнительного (обходного) пути связи между узлами сети. Математическая модель учитывает возможность маршрутизации части вызовов, при поступлении которых были заняты все каналы пучка линий первого выбора на дополнительный путь связи, включающий в себя фрагмент транспортной сети и пучок линий второго выбора, а затем, при необходимости - на голосовую почту. Уровень сети доступа NGN представлен как совокупность систем массового обслуживания (СМО), каждая из которых соответствует участку сети связи (рисунок 5):

между МАК и транзитным узлом ТУ2 для обслуживания трафика телефонии с использованием ресурса пучка каналов двухстороннего занятия;

между МАК и ТУз для обслуживания мультимедийного трафика и входящего трафика телефонии, который оказался избыточным для направления связи между МАК и ТУг и имеет абсолютный приоритет перед трафиком мультимедиа;

между транзитными узлами ТУ* и ТУв для пропуска транзитного трафика, так и для пропуска избыточного трафика на направлении связи между МАК и ТУ2.

СМО вида M/MA4/LR и M/M/Vg/LR с явными потерями вызовов представляют функционирование участков сети связи МАК - ТУг и МАК - ТУэ-

В соответствии с классификацией Башарина - Кендалла первый индекс М дает характеристику поступающего потока телефонных вызовов, который может быть отнесен пуассоновским потокам. Второй индекс М отображает экспоненциальный закон распределения длительности телефонных разговоров. Величины V2 и Vg характеризуют число линий связи на указанных участках сети. В четвертом разряде по классификации Башарина - Кендалла обозначен способ обслуживания с явными потерями L (Loss) и повторением R (Reattempt).

Активизация процедур распределения и ограничения трафика позволяет перераспределять трафик, создаваемый на абонентском концентраторе, между ТУ2 и ТУС, а также ограничивать поступление новых вызовов при перегрузках. На сети доступа NGN перспективна реализация обходных путей, связывающих между собой опорно-транзитные узлы, через которые проходит трафик в сторону абонентских концентраторов. Прохождение избыточного трафика телефонии показано на рисунке 4 пунктирными линиями. Его обслуживание предполагает организацию обходного пути в транспортной сети с коммутацией пакетов, которое представлено в виде полнодоступной системы массового обслуживания M/IW/Vo6x, с использованием ресурса которой могут быть образованы Vo6x соединений.

Перечислим особенности разработанной математической модели: обслуживание исходящего и входящего трафика телефонии пучком линий двухстороннего занятия на участке сети между МАК и ТУ7, который может быть представлен как система массового обслуживания M/M/Vz с отказами;

использование ресурса в сети с коммутацией пакетов для обслуживания избыточного трафика и мультимедийного ресурса на участке сети МАК и ТУв позволяет обслуживать вызовы практически без потерь. Отказы в обслуживании наступают при занятости абонента или при отсутствии его ответа и должны сопровождаться переадресацией вызова на речевую почту;

возможность активизации процедур распределения и ограничения трафика на транзитном узле ТУ* который является базовым для обеспечения телефонного доступа абонентам МАК.

Система массового обслуживания M/M/Vg/LRc явными потерями

Обслуживание вызовов

Рисунок 5 - Формализованное представление обслуживания вызовов телефонии на уровне доступа NGN при выделении отдельного направления связи для мультимедийного трафика

В четвертой главе представлен метод повышения пропускной способности уровня доступа сети NGN, учитывающий результаты расчета и сравнительного анализа различных вариантов его организации.

Для сравнительного анализа различных вариантов организации уровня доступа сети NGN использовалась разработанная математическая модель. Использование предположения о пренебрежимо малых потерях на транспортном участке сети связи позволило выделить два независимых этапа.

Первый этап расчета заключается в проведении сравнительного анализа различных вариантов организации связи между мультисервисным абонентским концентратором и транзитным узлом, учитывающих особенности распределения и прохождения потоков трафика телефонии и мультимедийного трафика, а также особенности активизации процедур распределения и ограничения трафика.

Обслуживание трафика телефонии было и остается базовым сервисом для традиционных операторов связи. В то же время мультимедийные абонентские концентраторы позволяют предоставлять пользователям различные услуги мультимедиа, начиная от доступа в сеть Internet и, завершая линейку услуг, телевидение высокой четкости. В отдаленной перспективе возможна пересылка голографической информации в виде отдельных изображений или сюжетов.

Пропускная способность мультимедийных линий связи между опорно - тразит-ным узлом и мультимедийным абонентским концентратором должна учитывать перспективы изменения мультимедийных сервисов. Значительное отличие в требуемой скорости передачи мультимедийного трафика и трафика телефонии обеспечивает принципиальную возможность использования мультимедийной линии связи для пропуска избыточного трафика телефонии.

Второй этап расчета состоит в оценке необходимой пропускной способности канала с коммутацией пакетов в транспортной сети меяеду ТУг и ТУС, выражаемой через ресурс соединений, которые могут быть реализованы с использованием современных информационных технологий. Для обоснования пропускной способности обходного пути связи на уровне доступа с учетом девиации поступающей нагрузки применялся метод теории телетрафика RDA, который обычно используется для расчета числа каналов в обходных направлениях связи междугородных и международных сетей связи. Впервые этот метод предложили R.I.Wilkinson и G. Bretschneider. Название метода образовано системой используемых показателей: величина R обозначает среднее значение избыточной нагрузки; D - ее рассеяние (разность дисперсии и среднего значения); А - интенсивность нагрузки. Математическая модель обслуживания вызовов на уровне доступа учитывает возможности метода RDA и особенности технологий коммутации пакетов.

Были проведены расчеты различных вариантов организации уровня доступа сети NGN, предполагающих с использование: традиционных потоков Е1; высокоскоростной линии связи с коммутацией пакетов; оборудования перспективной технологии TDMolP.

Использование варианта построения сети, предполагающего совместное использование линии мультимедийной связи между ТУв и МАК для передачи избыточного трафика телефонии и для передачи мультимедийного трафика (см. рис.3), обеспечивает принципиальную возможность повышения пропускной способности сети за счет дополнительного ресурса пропускной способности обходного пути, которая может регулироваться и увеличиваться по мере роста объема избыточного телефонного трафика. Фактически речь идет о возможности привлечения ресурсов транспортной сети для устранения негативного влияния дополнительных потоков трафика при увеличении монтированной абонентской емкости МАК или при организации в рамках МАК Call-центров.

На рисунке 6 представлены в качестве примера результаты расчета допустимой интенсивности нагрузки на уровне доступа Y^ocryna для максимального числа телефонных соединений в обходном пути V06x= 60.....180 в широком диапазоне значений

суммарного числа потоков Е1 на уровне доступа Ljei-

Рисунок 6 - Зависимость У^досгуга от пропускной способности обходного пути

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что увеличение Voex позволяет значительно увеличить величину Y&ooyna и, соответственно, повысить допустимое число абонентов МАК. Например, при Ljei= 4 потока Е1 величина Y^ocryna возрастает в 2,7 раза при изменении V06x от 60 линий до 180 линий. При Liei= 40 потоков Е1 величина Ущас^т возрастает на 15% при изменении V06x от 60 линий до 180 линий. Можно сделать предварительный вывод о том, что степень влияния Vo6x на Ухдостутя зависит от соотношения между V^* и Uei.

Ограничение трафика в сети доступа позволяет защитить сеть от перегрузок, воздействие которых невозможно устранить путем перераспределения потоков трафика. Могут устанавливаться и использоваться одновременно следующие процедуры сокращения интенсивности вызовов: "Дырявое ведро"; "Установка интервалов между вызовами"; "Процентная блокировка". Наибольшее распространение получила процедура "Установка интервалов между вызовами" ("Call gapping"), активизация которой позволяет управлять интенсивностью исходящих вызовов.

Верхнее предельное значение допустимой интенсивности определяется промежутком времени между попытками вызовов. После попытки вызова к заданной комбинации цифр все попытки вызовов к этому адресату запрещаются в течение последующего периода времени с продолжительностью Wz. Когда интервал Wz заканчивается, разрешается следующая попытка вызова. Система управления МАК фиксирует долю вызовов, которые будут на нее поступать, несмотря на действие функции «Пропуск в обслуживании вызовов». Соответственно, качество работы будет контролироваться именно по этой доле вызовов, которая может меняться в зависимости от интенсивности поступления вызовов М и от величины временного интервала Wz. Показатель Рзарег характеризует результаты расчета вероятности потери вызовов на уровня доступа для тех вызовов, которые будут на нее поступать, несмотря на действие функции «Пропуск в обслуживании вызовов».

Более достоверной является вероятность потери поступивших вызовов Р, которые учитывают и вызовы, потерянные из-за недостаточной пропускной способности уровня доступа, и вызовы, получившие отказ вследствие действия функции «Пропуск в обслуживании вызовов». Как показано на рисунке 7, величина Р существенно возрастает с увеличением Я1. Увеличение величины интервала запрета поступления вызовов также приводит к росту вероятности потерь Р, за счет роста доли отказов в обслуживании вызовов, которые возникают при поступлении вызовов во время действия запрета на их обслуживание. Для оценки достоверности расчетов использовались методы математического моделирования. Анализ полученных результатов показал, что результаты аналитического расчета попадают в доверительный интервал, полученный в результате статистического моделирования.

Рисунок 7 - Зависимость Р от (результаты моделирования)

Для вызовов, которые приняты на обслуживание, активизация функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов» позволяет существенно снизить вероятность потерь Рзарег путем увеличения интервала запрета \Мг. Изменение величины Рзарег в зависимости от интенсивности поступления вызовов носит нелинейный характер -сначала незначительно возрастает, а затем снижается до пренебрежимо малых значений.

Исследование функции «Пропуск в обслуживании вызовов», проведенное методом статистического моделирования, позволяет дать такие рекомендации:

при фиксированной интенсивности обслуживания вызовов увеличение интенсивности потока вызовов Х1 вызывает существенный рост как вероятности потерь поступивших вызовов, так и вероятности потерь зарегистрированных вызовов;

15

условия активизации функции «Пропуск в обслуживании вызовов» могут изменяться и задаваться в зависимости от допустимых значений показателей качества передачи мультимедийного трафика;

анализируя полученные зависимости, можно рекомендовать устанавливать величину Wz<10 с, поскольку выбор больших значений интервала запрета Wz приведет к необоснованному снижению качества обслуживания телефонного трафика на уровне доступа.

Основные результаты работы приведены в заключении:

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. При реализации концепции сети связи нового поколения NGN должны учитываться направления совершенствования сетевой архитектуры и тенденции перераспределения потоков трафика с учетом мобильности пользователей и развития услуг связи. Совместное использование ресурсов сетей NGN и сетей мобильной связи, полноценная их конвергенция в архитектуре IMS, позволит обеспечить абонентов уникальным набором возможностей и услуг.

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 приоритет;

вводя специальные процедуры распределения трафика на сети доступа по различным маршрутами, часть из которых может использовать обходные направления между транзитными узлами;

вводя обслуживание с ожиданием для входящих телефонных вызовов путем использования возможностей средств ауд и контакта, а также используя средства ограничения интенсивности потоков трафика.

Разработанная математическая модель обслуживания вызовов на уровне доступа NGN позволяет учесть: особенности прохождения потоков трафика; возможность организации обходных путей по транспортной сети; влияние активизации процедур распределения и ограничения трафика; возможность подключения к средствам ауди-контакта.

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 повышения пропускной способности уровня абонентского 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.

Список публикаций по теме диссертации

1. Степанова И.В., Булатов C.B. Методы повышения пропускной способности уровня абонентского доступа // T-Comm. Телекоммуникации и транспорт. - 2009. -№2. - С.46-49.

2. Степанова И.В., Булатов C.B. Систематизация задач управления трафиком в конвергентных сетях связи II Международный форум информатизации (МФИ-2006): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы». - М.: МТУСИ, 2006.-С.120-121.

3. Степанова И.В., Булатов C.B. Методы построения транспортных сетей связи на оборудовании синхронной цифровой иерархии II Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» 26.05.06 г., № 2280 - св.2006. - С.44-52.

4. Степанова И.В., Булатов C.B. Возможности интеллектуальной маршрутизации вызовов для реализации пакета услуг FMC // Технологии информационного общества: Тезисы докладов московской отраслевой научно-технической конференции. М.: Информсвязьиздат, 2007. - С.42.

5. Булатов C.B. Модификация модели поведения абонента сети NGN // Международный форум информатизации (МФИ-2007): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы». -М.: МТУСИ, 2007. - С.110-111.

6. Степанова И.В., Булатов C.B. Развитие принципа адаптивности в сетях связи NGN // Международный форум информатизации (МФИ-2007): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы».- М.: МТУСИ, 2007. - С.108-109.

7. Степанов Б.Л., Булатов C.B. Развитие сетей связи с использованием концепции IMS. - Труды Московского технического университета связи и информатики. - М.: «ИД Медиа Паблишер», 2007. - С.152-156.

8. Булатов C.B. Систематизация требований к интеллектуальной маршрутизации вызовов при реализации пакета услуг FMS // Труды Московского технического университета связи и информатики. - М.: «ИД Медиа Паблишер», 2007. - С. 148-151.

9. Булатов C.B., Степанова И.В. Определение совокупности задач математического описания сети доступа NGN II Международный форум информатизации (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы».-М.: МТУСИ, 2008.-С. 118-119.

10. Булатов C.B. Формализованное представление обслуживания вызовов в сети NGN // Международный форум информатизации (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы».- М.-.МТУСИ, 2008. - С.119-

11. Булатов C.B. Возможности регулирования трафика на абонентском участке сети доступа NGN // Международный форум информатизации (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы».- М.: МТУСИ, 2008. -С. 121-123.

12. Булатов C.B., Степанова И.В. Возможности маршрутизации трафика с разделением нагрузки // Международный форум информатизации (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы». - М.: МТУСИ, 2008.-С. 123-125.

13. Степанова И.В., Бупатов C.B. Эволюция интеллектуальных услуг в сетях связи нового поколения //Правовая информатика.-2008. - Вып. 11.-С.18-22.

14. Степанова И.В., Булатов C.B. Развитие систем широкополосной передачи информации для организации доступа корпоративных клиентов // Правовая информатика,- 2008. - Выпуск 11. - С. 52-56.

15. Степанова И.В., Булатов C.B. Методы повышения пропускной способности уровня абонентского доступа сети NGN И Труды Московского технического университета связи и информатики. - М.: «ИД Медиа Паблишер», 2008. - Т.1. - С. 56-58.

121.

Подписано в печать 09.07.09г. Формат 60x84/16. Объем 1,2 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 115. ООО «Инсвязьиздат». Москва, ул. Авиамоторная, 8.

Введение.

1 .Анализ особенностей развития сети связи общего пользования

Российской Федерации в целях расширения спектра услуг.

1.1. Развитие телефонных сетей общего пользования в направлении создания сетей поколения NGN.

1.2. Анализ перспективных решений по организации абонентского доступа.:.

1.3. Особенности интеграции сетей связи на базе концепции

IP Multimedia Subsystem (IMS).

1.4. Анализ направлений развития инфокоммуникационных услуг.

1.4.1. Конвергенция услуг связи.

1.4.2. Услуги интеллектуальной сети.

1.4.3. Тенденции развития услуг в сетях фиксированной связи.

1.4.4. Тенденции развития услуг при переходе к IMS.

1.5. Выбор методов исследования сети связи общего пользования.

1.5.1.Методы аналитического описания сетей и систем телефонной связи.

1.5.2. Методы аналитического описания сетей пакетной коммутации.

1.6. Постановка задачи исследования.

1.7.Вывод ы.

2. Разработка подхода к формализованному описанию обслуживания вызовов на участке доступа сети связи нового поколения NGN.

2.1. Анализ факторов, определяющих пропускную способность сети доступа.

2.2. Разработка модели поведения абонента с учетом тенденций развития сети связи общего пользования.

2.2.1. Модель поведения абонента телефонной сети телефонной связи.

2.2.2. Анализ тенденций изменения поведения абонентов современных телекоммуникационных сетей.

2.2.3. Разработка модели поведения абонента, учитывающей наличие обходных путей на участке доступа.

2.2.4. Модификация модели поведения абонента сети NGN с учетом возможности подключения пользователей к средствам аудиконтакта.

2.3. Выбор системы показателей обслуживания пользователей.

2.3.1. Анализ системы показателей обслуживания пользователей, используемой в сети связи общего пользования.

2.3.2. Определение системы показателей качества обслуживания телефонных вызовов в сети NGN.:.

2.5.Выводы.

3.Разработка математической модели обслуживания вызовов на уровне абонентского доступа сети связи нового поколения NGN.

3.1. Систематизация вариантов организации доступа в сети NGN.

3.2. Разработка предложений по защите от асимметрии нагрузки на уровне доступа NGN.

3.3. Формализованное представление обслуживания вызовов на уровне доступа NGN.

3.4.0пределение перспективных подходов к оценке эффективности передачи видеоизображений по сетям с коммутацией пакетов.

3.5. Систематизация возможностей распределения и ограничения трафика в сети доступа.

3.5.1.Возможности маршрутизации вызовов в рамках услуги «Пропорциональное распределение».

3.5.2.Возможности процедуры распределения трафика в рамках услуги «Квота оператора связи».

3.6.3.Сравнительный анализ процедур распределения трафика.

3.6. Разработка подхода к оценке необходимой пропускной способности канала с коммутацией пакетов между опорно-транзитными узлами NGN.

3.7.Анализ особенностей и возможностей ограничения трафика на уровне доступа сети NGN.

3.8 . Выводы.

4. Аналитическое и экспериментальное исследование функционирования уровня доступа сети NGN.

4.1. Разработка метода расчета уровня доступа сети NGN.

4.1.1. Сравнительный анализ базовых вариантов построения уровня доступа NGN при обслуживании телефонного трафика.

4.1.2. Основные положения метода расчета уровня доступа сети NGN.

4.2. Методика сравнительного анализа вариантов построения уровня доступа сети NGN, предполагающего организацию обходных путей связи.

4.2.1. Анализ результатов расчета первого варианта построения уровня доступа сети NGN.

4.2.2. Анализ результатов расчета второго варианта построения уровня доступа NGN с обходным путем.

4.2.3. Анализ результатов расчета варианта построения уровня доступа NGN с обходным путем и с пучками линий двухстороннего занятия.

4.3. Определение подхода к оценке интенсивности телефонной нагрузки.

4.4. Анализ результатов аналитического расчета уровня доступа NGN при совместном обслуживании телефонного и мультимедийного трафика.

4.5. Анализ результатов моделирования обслуживания вызовов на уровне доступа.

4.6. Выводы.

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 пакетов; разработана математическая модель функционирования уровня абонентского доступа, учитывающая тенденции изменения поведения абонентов в современных телекоммуникационных сетях; разработан 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 почту; проведены сравнительный анализ и исследование различных вариантов построения уровня доступа с учетом совместной передачи речевого и мультимедийного трафика; разработан 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 нагрузки; возможность гибкого увеличения пропускной способности уровня доступа за счет ресурса обходного пути в транспортной сети; возможность 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 приоритет; вводя специальные процедуры распределения трафика на сети доступа по различным маршрутами, часть из которых может использовать обходные направления между транзитными узлами; вводя 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 трафика; возможность организации обходных путей по транспортной сети; влияние активизации процедур распределения и ограничения трафика; возможность 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.

1. Бакланов И.Г. NGN: принципы построения и организации / под редакцией Чернышева Ю.Н. М.: Эко -Трендз, 2008. - 400 е.: илл.

2. Булатов C.B. Модификация модели поведения абонента сети NGN // Международный форум информатизации (МФИ-2007): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. МТУСИ. - 2007. - С.110-111.

3. Булатов C.B. Систематизация требований к интеллектуальной маршрутизации вызовов при реализации пакета услуг FMS// Труды МТУСИ. 2007.- С. 148 -151.

4. Булатов C.B., Степанов Б.Л. Развитие сетей связи с использованием концепции IMS // Труды МТУСИ. 2007,- С.152 -157.

5. Булатов C.B. Возможности регулирования трафика на абонентском участке сети доступа NGN (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. МТУСИ. - 2008. - С. 121-123.

6. Булатов C.B. Формализованное представление обслуживания вызовов в сети NGN (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. МТУСИ. -2008. - С.119 -121.

7. Булатов C.B., Степанова И.В. Определение совокупности задач математического описания сети доступа NGN// Международный форум информатизации (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. -МТУСИ.-2008.-С.118-119.

8. Видерман A.B., Виницкий А.Д. Условные потери и методы контроля нагрузки в интеллектуальной сети. М.: 2006. 36 с.

9. Витченко А., Соколов Н., Стрижков В. Построение сети NGN в Ленинградской области// CONNECT! Мир связи. 2007. - №4. - С. 48 - 49.

10. Витченко А. И., Соколов H.A. Эффективность мультисервисных абонентских концентраторов// Вестник связи. 2004. - №10. - С. 38-43.

11. Гольдштейн А.Б., Соколов H.A. Подводная часть айсберга по имени NGN (часть1.// Технологии и средства связи. -2006. №2. - С.12-21.

12. Гольдштейн А.Б., Соколов H.A. Подводная часть айсберга по имени NGN (часть2.11 Технологии и средства связи. -2006. №3. - С.22-29.

13. Гольдштейн Б.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. Конвергенция мобильных и интеллектуальных сетей // Вестник связи. 2000. - №4. - С. 15-25.

14. Гольдштейн A.B., Соколов H.A. На пути к Next Generation Networks. «Connect! Мир связи». - 2006. -№11.

15. Гольдштейн B.C. Отечественные производители телекоммуникационного оборудования// CONNECT. 2008. - №3. - С. 98 - 99.

16. Гольцов А. В., Попова А. Г., Степанова И. В. Интегрированные системы предоставления телефонных услуг. М.: Радио и связь, 2006. - 108с.

17. Гольцов А. В. Эволюция сети МГТС// Электросвязь. 2005. - №9. - С.5-7.

18. Дворецкий И.М. Мультисервисный абонентский доступ и NGN// «Технология и средства связи», Специальный выпуск «Системы абонентского доступа» 2007. -С.7-8.

19. Дымарский Я. С., Крутяков Н. П., Яновский Г. Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. М., Серия изданий «Связь и бизнес», ИТЦ Мобильные коммуникации, 2003. - 384 с.

20. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. Наука,1976. -176 с.

21. Ерошкин Е.А. TDM over 1Р//«Технология и средства связи», Специальный выпуск «Системы абонентского доступа» 2007. - С. 14-15.

22. Заскалет М. NEC готова к постановке IMS и 3,5G в Россию // Connect! . 2006. -№5 - С.7-12.

23. Иванов А. А., Соколов В. А., Терентьев Д. С., Ярлыков С. М. Конвергенция сетей связи в российских условиях // Технологии и средства связи. 2006. - №5. - С.36-44.

24. Ивченко Г.И., Каштанов В.А., Коваленко И.Н. Теория массового обслуживания. -ГЛ.: Высшая школа, 1982. -256 с.

25. Иглхарт П., Д. Шедлер Д.Регенеративное моделирование сетей массового обслуживания: Пер. с англ. М.: «Радио и связь», 1984.- 136 с.

26. Крупнов А, Е., Скородумов А. И. Перспективы формирования рынка услуг нового поколения и операторы виртуальных сетей подвижной связи // Мобильные системы. -2005. № 6. - С. 24-32.

27. Корнышев Ю. Н., Фань Г. Л. Теория распределения информации.- М.: 1986.

28. Корнышев Ю. Н., Пшеничников А. П., Харкевич А. Д. Теория телетрафика. М.: Радио и связь, 1996. - 272 с.

29. Крылов В. В., Самохвалова С. С. Теория телетрафика и ее приложения. Санкт-Петербург, 2005. -288 с.

30. Костров В. О., Попова А. Г., Степанова И. В. Управление потоками трафика в сетях связи М., «Радио и связь», 2004. - 96 с.

31. Костров В.О., Попова А.Г., Степанова И.В. Интеграция информационных технологий. М.: «Радио и связь», 2003. - 69 с.

32. Культин Н. Б. Программирование в Turbo Pascal 7.0 и Delphi. Спб.: BHV - Санкт-Петербург, 1998. - 240с., ил.

33. Кучерявый А. Е., Гильченок Л. 3., Иванов А. Ю. Пакетная сеть связи общего пользования. СПб.: Наука и Техника, 2004. - 272 е.: ил.

34. Кучерявый А.Е., Цуприков А.Л. Сети связи следующего поколения. М.: ФГУП ЦНИИС, 2006. - 280 с.

35. Кучерявый А.Е., Нестеренко В.Д., Парамонов А.И., Ревелова З.Б.Анализ трафика пользователей Интернета в ТфОП// Электросвязь. 2004. - № 9. - С.24-26.

36. Лагутин В. С., Степанов С. Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000. - 320 с.

37. Лагутин В. С., Попова А. Г., Степанова И. В. Эволюционное развитие цифровых систем коммутации каналов. М., «Радио и связь», 2005. - 108 с.

38. Лагутин B.C., Попова А. Г., Степанова И. В. Сети телекоммуникаций в условиях эволюции оконечных устройств. М.: Радио и связь, 1998. - 78 с.

39. Миграция к архитектуре NGN: подход и решения "AMT Групп" // Технологии и, средства связи, Специальный выпуск «Широкополосные мультисервисные сети». -2005. -С.76-78.

40. Нейман В.И. Новое направление в теории телетрафика.- «Электросвязь», 1988, №7, с.27-30

41. Николаев Е. Продукты или решения где искать выгоду? // CONNECT. - 2008. -№10.-С. 78-79.

42. Нормы технологического проектирования. Городские и сельские сети. НТП-112-2000 РД 45.120 2000, М., 2000.

43. Новиков O.A., Петухов С.И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. М.: Советское радио, 1969. -320 с.

44. Немнюгин С.А. Turbo Pascal. СПб: Издательство «Питер», 2000.-496 е., ил.

45. Основные положения по модернизации телефонной сети общего пользования для формирования NGN" ЛОНИИС, ГИПРОСВЯЗЬ-СЕВЕРО-ЗАПАД. - 2006.

46. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2003. - 864 е.: ил.

47. Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1969. -324 с.

48. Обзор продуктов и решений компании Cisco Systems. M.: 2004, 84 с.

49. Панкратова О. Мобильные технологии и конвергентные услуги //Технология и средства связи. 2007. - № 1.-С. 21-23.

50. Платформа Mobile SCP Mobile SCP Platform. Техническая документация по оборудованию MEDIO, 2006.

51. Питер Мейер. Эмуляция физического соединеия в пакетных сетях улучшает качество интегрированных услуг// Lightwave Russian Edition. 2005. - №4 . - С. 17-20. .

52. Пономарев Д. Ю. Применение имитационного моделирования для коммутационных систем с различными типами потоков вызовов,- Красноярск. -2004. 25 с.

53. Прайс Д. Программирование на языке Паскаль: Практическое руководство. Пер. с англ. М.: Мир,1987. - 232 е., ил.

54. Поляк Д.Г. Оценка точности статистического моделирования систем массового обслуживания//Техническая кибернетика -1970. №1. - С.80-88.

55. Ревенчук Г. Конвергентные сети: технология или философия// Технологии и средства связи. 2006. - №5. - С.50-56.

56. Рыжиков Ю. И. Имитационное моделирование. Теория и технологии. Спб.: КОРОНА принт; М.: Альтекс-А,2004. - 384 е., ил.

57. Руководство по технологиям объединенных сетей, 3-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом "Вильяме", 2002. — 1040 е.: ил.

58. Росляков A.B., Самсонов М.Ю., Шибаев И.В. Центры обслуживания вызовов (Call Centre). M.: Эко-Трендз, 2002.-270 с.

59. Сличихин A.C. Системы беспроводного абонентского доступа. Функциональность и основные технические характеристики // Технологии и средства связи. Специальный выпуск «Системы абонентского доступа». 2006. - С.59-61.

60. Соколов Н. А. Семь аспектов развития сетей доступа // Технологии и средства связи. Специальный выпуск «Системы абонентского доступа». 2005. - С.14-23.

61. Соколов H.A. Применение технологии WiMAX для развития местных сетей электросвязи //Технологии и средства связи, отраслевой каталог за 2006 год. С.60-63.

62. Саати Т.П. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения.- М.: Советское радио, 1971. 515 с.

63. Степанова И.В., Булатов C.B. Возможности интеллектуальной маршрутизации вызовов для реализации пакета услуг FMC // Московская отраслевая научнотехническая конференция «Технологии информационного общества»: Тез. докл. -М.:МТУСИ, 2007.-С.42.

64. Степанова И.В., Булатов C.B. Систематизация задач управления трафиком в конвергентных сетях связи // Международный форум информатизации (МФИ-2006): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. -МТУСИ. -2006.-С.120-121.

65. Степанова И.В., Булатов C.B. Развитие принципа адаптивности в сетях связи NGN // Международный форум информатизации (МФИ-2007): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. МТУСИ. - 2007. - С.108-109.

66. Степанова И.В., Булатов C.B. Методы построения транспортных сетей связи на оборудовании синхронной цифровой иерархии // Деп. в ЦНТИ «Информсвязь», от 26.05.06 № 2280 св.2006, с.44-52.

67. Степанова И.В., Булатов C.B. Развитие систем широкополосной передачи информации для организации доступа корпоративных клиентов. Правовая информатика, выпуск 11.- М.Ж ФГУ НЦПИ при Минюсте России. - 2008. - С.52 - 56.

68. Степанова И.В., Булатов C.B. Методы повышения пропускной способности абонентского доступа сети NGN// Труды МТУСИ. 2008,- С. 148-152.

69. Степанова И.В., Булатов C.B. Эволюция интеллектуальных услуг в сетях связи нового поколения. Правовая информатика, выпуск 11. - М.Ж ФГУ НЦПИ при Минюсте России. - 2008. - С.18 - 22.

70. Степанова И.В., Булатов C.B. Возможности маршрутизации трафика с разделением нагрузки (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. МТУСИ. - 2008. - С. 123 - 125.

71. Степанова И.В., Булатов C.B. Определение совокупности задач математического описания сети доступа NGN (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»:- М. МТУСИ. - 2008. - С. 118-119.

72. Степанова И.В., Булатов C.B. Методы повышения пропускной способности уровня абонентского доступа сети NGN// TComm. 2008. -№2 - С.44-46.

73. Техническая документация по цифровой системе коммутации 5ESS. 2000.-205 с.

74. Техническая документация по цифровой системе коммутации EWSD. Siemens. -2002,410 с.

75. Техническая документация по оборудованию MEDIO. M. - 2006.

76. Фрейнкман В.А. Wi-Fi/GSM-роуминг как квинтэссенция конвергенции сетей// Мобильные системы. 2006. - №12.

77. Фрейнкман В.А. Как предоставить интеллектуальные услуги абонентам PREPAID? Влияние конвергентного биллинга на архитектуру сервисных платформ// Мобильные системы. 2005. - №5.

78. Фрейнкман В.А. Новая старая услуга. Речевая почта в эпоху перехода к 3G. Эволюция функциональности и архитектуры// Мобильные системы. 2005. - №9.

79. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд. 7-е. М.: ИНФРА-М.1997. - 640 е., ил.

80. Харроуэлл Ф. Три точки конвергенции фиксированной и мобильной связи //Wireless. 2006. - №2. -С.56 -57.

81. Цыбаков Б. С. Модель телетрафика на основе самоподобного случайного процесса// Радиотехника/ 1999. - №5. - С.24-31.

82. Шалагинов А.В. Сеть доступа наиболее консервативная часть телефонной се-ти//«Технология и средства связи», Специальный выпуск «Системы абонентского доступа» - 2007. - С.8-9.

83. Шварц М. Сети связи. Протоколы, моделирование и анализ: в 2-х частях. М.: Наука, 1992. - 336 с.

84. Шварцман В. О. Качество услуг интегральный показатель деятельности служб электросвязи// Век качества. - 2001. - № 4. - С.16-21.

85. Шелухин О. И., Тенякшев А. М., Осин А. В. Фрактальные процессы в телекоммуникациях. Монография. М.: Радиотехника, 2003. -480 с.

86. Шринивас Вегешна. Качество обслуживания в сетях IP. Основополагающие принципы реализации функций качества обслуживания в сетях Cisco.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с.

87. Шнепс М.А. Системы распределения информации. Методы расчета: Справочное пособие. М.: Связь, 1979. - 344с.

88. Angelin A., Peterson S., Arvidson A. Network approach to signaling network congestion control, 2nd ITC Reg. Sem., St. Petersburg, 10-21, 1995.

89. Bannister P., Coope S. Convergence Technologies for 3G Networks: IP, UMTS, EGPRS and ATM// John Wiley & Sons Ltd, 2004, 87 p.

90. Convergent Call Control. Техническая документация по оборудованию MEDIO, 2006.

91. Linqraten L. Requirements to and architecture of hybrid broadband access networks// Telektronikk, 2006, №2.

92. Leland W., Taddu M., Willinger W., Wilson D. On the self-similar nature of Ethernet traffic// IEEEE transaction on networking. Vol.12. -1994. - № 1. - P. 2-15.

93. ETSI TS 123 107: Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Quality of Service (QoS) concept and architecture (3GPP TS 23.107 Release 5).

94. Poikselka M., Mayer G., Khartabil H., Niemi A. The IMS IP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain. Jorn Wiley, 2004.