автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка методов оценки качества функционирования систем сигнализации в сетях с коммутацией каналов и пакетов

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ СИГНАЛИЗАЦИИ НА СЕТЯХ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ И ПАКЕТОВ

Специальность 05.12 13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003159563

Работа выполнена на кафедре автоматической электросвязи Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский технический университет связи и информатики» (ГОУВПО МТУСИ)

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Пшеничников Анатолий Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Самуйлов Константин Евгеньевич

кандидат технических наук Сергеева Ольга Федоровна

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие «Ленинградский отраслевой научно-исследовательский институт связи» (ФГУПЛОНИИС)

Защита состоится « 01 » ноября 2007года в 15 часов на заседании диссертационного совета К219.001 03 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при ГОУВПО «Московский технический университет связи и информатики» по адресу 111024, г Москва, ул Авиамоторная, д 8а, ауд А 455

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

09

Ученый секретарь х //

диссертационного совета —■/"/£/ Косичкина Т П

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Создание информационного общества в России переходит из стадии деклараций в стадию практической реализации. В телекоммуникациях этот процесс отмечен взрывоподобным ростом числа пользователей Интернет и сотовой подвижной связи

Либерализация рынка телекоммуникационных услуг и, как следствие, обострение конкуренции заставляют операторов существующих сетей искать способы предоставления пользователям современных услуг.

Эти обстоятельства диктуют необходимость реконструкции существующих сетей в соответствии с концепцией сетей нового поколения (Next Generation Networks - NGN)

В процессе перехода к NGN на городских телефонных сетях (ГТС) в течение относительно длительного времени будет совместно функционировать цифровое оборудование, построенное по технологии коммутации каналов (КК), с оборудованием, построенным по технологии коммутации пакетов (КП) При этом необходимо обеспечить совместное функционирование с высоким качеством различных систем сигнализации

Основной системой сигнализации на цифровой сети с коммутацией каналов является система сигнализации по общему каналу ОКС 7. В решение различных задач внедрения ОКС 7 на телефонных сетях России значительный вклад внесли Аджемов A.C., Башарин ГП, Гольдштейн Б С., Жарков М.А, Кучерявый А Е, Самуйлов К Е, Соколов Н А, Соловьев С.П, Юнаков П А., Яновский Г.Г и др

Транспорт сигнальных сообщений ОКС 7 по сети с пакетной коммутацией реализуется с помощью технологи СИГТРАН (Signalling transport -Sigtran). На сетях с пакетной коммутацией в настоящее время сигнальные сообщения передаются преимущественно с помощью протокола инициирования сеансов связи (Session Initiation Protocol - SIP) Последние две технологии сигнализации появились сравнительно недавно и находятся на начальной стадии внедрения на ITC в России.

Сопряжение и взаимодействие различных технологий сигнализации оказывает значительное влияние на качество функционирования сети В условиях перехода к сетям нового поколения на ГТС решение задачи оценки характеристик качества передачи сигнальных сообщений является весьма актуальным

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов оценки качества функционирования систем сигнализации в сетях с коммутацией каналов и пакетов

Для достижения этой цели в диссертации решены следующие задачи

- с использованием методологии системного анализа на примере Московской городской телефонной сети (МГТС) определены основные необходимые условия перехода к сетям нового поколения,

- разработана система нумерации на аналого-цифровой ГТС большой емкости при введении на сети второго кода зоны нумерации,

- обоснованы требования к построению и функционированию сети сигнализации на цифровой ГТС с коммутацией каналов и пакетов,

- разработаны методы оценки показателей качества обслуживания сигнальных сообщений по технологии СИГТРАН и по протоколу SIP с использованием моделей систем массового обслуживания и имитационного моделирования

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы системного анализа, теории массового обслуживания, теории телетрафика, сетей связи, имитационного моделирования

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем

1 Системный анализ проблемы реконструкции ГТС большой емкости показал, что для предоставления пользователям широкого спектра мультисервисных услуг высокого качества необходимо решить комплексную проблему создания сети нового поколения. При этом на существующей ГТС одновременно с созданием цифровой наложенной сети с коммутацией пакетов необходимо решить целый ряд технических и организационных задач вывести из эксплуатации без перерыва связи значительный объем аналогового оборудования, обеспечить сопряжение и устойчивое взаимодействие цифровой сети с коммутацией каналов с сетью с коммутацией пакетов; модернизировать существующую абонентскую сеть на базе технологии цифровых абонентских линий (xDSL); перейти на расчеты с абонентами по альтернативным тарифным планам и др.

2 Разработана процедура расчета интенсивности сигнальной нагрузки в сети ОКС 7, отличающаяся от известных тем, что предположение о равенстве сигнальной нагрузки, передаваемой в прямом и обратном направлениях, не выполняется Результаты расчетов использованы при проектировании всех основных сигнальных маршрутов сети сигнализации МГТС, обеспечивающих функционирование сети в нормальных условиях, а также альтернативных маршрутов для передачи сигнальных сообщений в случае отказов и перегрузки

3, Существующие аналитические методы оценки показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при использовании технологии СИГТРАН не учитывают такую особенность функционирования протокола SCTP в стеке протоколов СИГТРАН, как формирование пакета по таймеру С учетом последнего условия разработана имитационная модель, с помощью которой проведен численный анализ величины задержки передачи сигнальных сообщений от интенсивности поступающей нагрузки, длительности формирования пакета по таймеру, интенсивности сигнальных сообщений и других параметров

4 Для оценки значения среднего времени установления соединения по протоколу SIP разработана модель сети массового обслуживания из трех узлов в предположении, что длительность обслуживания - случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону В протоколе SIP длительность обслуживания - величина детерминированная С помощью имитационного моделирования показано, что аналитический метод дает оценку сверху с относительной погрешностью не более 2-3% при условии, что задержка

передачи сигнального сообщения по IP-сети в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т не превышает 100 мс

5 Для анализа показателей качества обслуживания соединений сигнализации по протоколу SIP «из конца в конец» использована многофазная модель, состоящая из N последовательных узлов, представленных однолинейными системами массового обслуживания с накопителями неограниченной емкости и постоянной длительностью обслуживания Предложена приближенная процедура оценки среднего значения и 95% квантиль задержки сигнальных сообщений, где в отличие от известного метода значения оцениваемых параметров зависят от параметров нагрузки как сигнального, так и мультимедийного трафика Проведена оценка точности предложенной процедуры

Основные положения, выносимые на защиту

1 Городские телефонные сети более чем за столетний период функционирования и развития сохранили три основных свойства, использование технологии коммутации каналов; моносервисность своей основной деятельности; неудовпетворенный спрос на предоставление услуг телефонной связи Переход к концепции сетей нового поколения в условиях либерализации рынка телекоммуникационных услуг приведет к смене парадигмы развития ГТС В результате указанные выше три системных свойства должны быть трансформированы в следующие: преимущественное использование технологии коммутации пакетов, мультисервисность основной деятельности; превышение предлагаемого объема и номенклатуры услуг над спросом

2 В результате анализа условий ввода на Московской ГТС в дополнение к существующему коду АВС=495 второго кода зоны нумерации АВС=499 сформулированы следующие принципы, которым необходимо следовать при развитии и реконструкции сети.

- замена кода АВС=495 на код 499 должна производиться с сохранением семизначного абонентского номера,

- при реконструкции сети замена первой цифры семизначного абонентского номера предусматривается только для аналоговых АТС в коде ABC = 495,

- при размещении и задействовании цифровых оконечных станций и концентраторов в коде АВС=499 следует придерживаться стратегии наложения;

- работы по реконструкции должны выполняться в полном объеме в одной миллионной группе номеров Нумерация этой миллионной группы не может быть использована для развития и реконструкции сети до выполнения всего объема работ по выключению аналоговых АТС,

3 При внедрении на существующих ГТС технологий сигнализации на базе режима коммутации пакетов показатели качества соединений сигнализации по длительности установления соединений и связности сети сигнализации не должны уступать соответствующим показателям на цифровой сети с коммутацией каналов

4 Численный анализ результатов имитационного моделирования процесса функционирования протокола SCTP в стеке протоколов СИГТРАН показал, что

при увеличении времени сборки пакета по таймеру от 3,2 мс до 10,3 мс среднее значение задержки передачи увеличивается более чем в два раза Технологию СИГТРАН рекомендуется применять на участках городской телефонной сети с высокой сигнальной нагрузкой, в частности, на соединениях, обеспечивающих связь с базами данных узлов управления услугами интеллектуальных сетей связи

5 Оценка задержки сигнальных сообщений при передаче их по сети IP «из конца в конец» проведена в предположении, что на каждый из N последовательно включенных узлов кроме сигнальной нагрузки с интенсивностью 0,2 Эрл поступает нагрузка, создаваемая сообщениями медиаконтента При суммарной интенсивности нагрузки на канал с пропускной способностью 10 Мбит/с до 0,7 Эрл задержка сообщений SIP не превосходит 10 мс, а квантили задержки с вероятностью 0,95 не превышают 20 мс, что укладывается в рекомендации МСЭ - Т

Личный вклад. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно, математические процедуры и программные средства разработаны при его непосредственном участии

Практическая ценность и реализация результатов работы

Результаты диссертации использованы

- в ОАО «Гипросвязь» при проектировании сети сигнализации ОКС 7 Московской ГТС,

-в ООО «Интеллект Телеком» при проектировании сетей нового поколения и реконструкции существующих цифровых сетей с переводом их на технологию коммутации пакетов,

- в ОАО «МГТС» при проектировании и реализации этапов реконструкции сети МГТС на период до 2011 года,

- в учебном процессе кафедры АЭС МТУСИ в виде учебного пособия, рекомендованного УМО по образованию в области телекоммуникаций для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 210400 - Телекоммуникации

Реализация результатов подтверждена соответствующими актами

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на LX научной сессии РНТО РЭС им А С. Попова (Москва, 2005г ), на Всероссийском совещании Мининформсвязи России (Сочи, 2005г), на научно-технической конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, 2006г), на Московской отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества» (Москва, 2007г); на кафедре автоматической электросвязи МТУСИ

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации содержит 150 страниц, включая 63 рисунка и И таблиц Список литературы состоит из 122 наименований.

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, 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 системный анализ проблемы реконструкции ГТС большой емкости на примере МГТС. Рассмотрены основные принципы системного анализа, которых необходимо придерживаться при анализе и синтезе сети как сложной системы.

На коммутируемой Московской ГТС функционируют следующие четыре взаимоувязанные сети аналого-цифровая, нос i роенная по классическим принципам аналоговых ГТС с узлами исходящих (УИС) и входящих (УВС) сообщений, цифровая наложенная сеть на базе цифровых опорно-транзитных станций (ОПТС) с коммутацией каналов, сеть передачи данных общего пользования (СПД ОП) с коммутацией пакетов, обеспечивающая отвод с телефонной сети трафика передачи данных и доступ абонентов в Интернет, цифровая транзитная сеть для взаимодействия аналого-цифровой сети с другими сетями, построенная на 10-ти цифровых узлах с коммутацией каналов Первичная транспортная сеть построена на базе оборудования синхронной цифровой иерархии и мультисервисной транспортной сети IP/MPLS

Рассматриваемый период реконструкции МГТС совпал по времени с исчерпанием ресурса нумерации в коде АВС=495, что начало тормозить развитие сети и получение ресурса нумерации операторами присоединенных сетей С учетом всестороннего системного исследования проблемы, изучения опыта ввода новых планов нумерации на ГТС в других странах, учета особенностей развития МГТС принято решение о введении на сети наряду с кодом АВС=495 кода АВС=499 При разработке системы и плана нумерации определены принципы, которым необходимо следовать при развитии и реконструкции сети

На основании анализа и обобщения направлений развития сетей в мире показана необходимость реконструкции ГТС в соответствии с концепцией NGN Сети NGN органически объединяют функции информационных и коммуникационных сетей В результате получается новое качество -инфокоммуникационные сети. Рассмотрены технические, технологические, организационные и социально-экономические условия, которые следует учитывать при создании NGN.

Анализ проблемы внедрения на ГТС технологии коммутации пакетов позволил сформулировать основные функциональные возможности сети, в соответствии с которыми предполагается длительное сосуществование технологий КК и КП.

Отмечается, что в процессе реконструкции сети наиболее значительным изменениям подвергается подсистема сигнализации. После вывода из эксплуатации аналоговых систем коммутации на сети будут взаимодействовать,

в основном, системы сигнализации ОКС 7, СИГТРАН и протокол инициирования сеансов связи SIP

Сопряжение и взаимодействие различных технологий сигнализации оказывает значительное влияние на качество функционирования сети Требования к показателям качества функционирования сети сигнализации определяются исходя из показателей качества соединений сигнализации. Каждый тип соединения сигнализации имеет свои показатели качества, которые должны отвечать требованиям стандартов и соответствовать интегральным показателям качества сети в целом. В данной работе акцент сделан на три базовые технологии сигнализации - ОКС 7, СИГТРАН и SIP Именно эти технологии в обозримом будущем будут определять инфраструктуру сигнализации сетей нового поколения.

По результатам главы сформулированы задачи исследования диссертационной работы

Вторая глава посвящена анализу требований к построению сети сигнализации и качеству ее функционирования на ГТС с коммутацией каналов и пакетов

Перспективная сеть сигнализации должна обеспечить гибкость и масштабируемость при развитии информационной сети, исключение несанкционированного доступа; повышение надежностных характеристик, минимизацию задержек при передаче сигнальных сообщений с учетом рекомендаций МСЭ-Т, удобство эксплуатации с точки зрения мониторинга сети, тестирования оборудования, измерения параметров и т д

Сеть ОКС 7 состоит из оконечных пунктов сигнализации (SP), интегрированных пунктов сигнализации (SP/STP) и транзитных пунктов сигнализации (STP)

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т Е 723 основными параметрами, обеспечивающими заданное качество обслуживания, является число пунктов сигнализации, используемых в соединении сигнализации, и число транзитных пунктов сигнализации Кроме того, параметрами качества являются задержки сигнальных сообщений при передаче «из конца в конец» по соединению сигнализации Аналогичные требования должны выполняться для соединений СИГТРАН и соединений по протоколу SIP.

Показатели качества функционирования ОКС 7 определены рекомендациями МСЭ-Т для гипотетических (возможных) соединений сигнализации Число STP в сигнальном тракте выступает как ограничение при выборе структуры сети ОКС 7 и расчете плана маршрутизации сигнальных сообщений

Надежностные показатели сети ОКС 7 определяются для пучков сигнальных маршрутов в виде ограничения на длительность прерывания связи между пунктами сигнализации данного пучка. В вероятностном виде критерий надежности сети ОКС 7 формулируется следующим образом* прерывания связи между оконечными пунктами сигнализации пучка сигнальных маршрутов допускаются на время не более 10 минут в год, т.е коэффициент готовности

8

пучка сигнальных маршрутов должен удовлетворять соотношению Кр> 0,99998 Проведенный в работе анализ показал, что для достижения указанного критерия коэффициенты готовности пучков звеньев сигнализации в сети ОКС 7 должны быть не ниже, чем 0,99776 Это соответствует значению 0,9988 коэффициента готовности одного звена сигнализации, что для современного оборудования и волоконно-оптических систем передачи не является завышенным требованием ко времени наработки на отказ.

При проектировании сети ОКС 7 одной из задач является оценка сигнальной нагрузки с учетом ее прогноза на долгосрочный период В работе предлагается процедура расчета интенсивности сигнальной нагрузки Отличие от известных методов расчета заключается в том, что предположение о равенстве сигнальной нагрузки, передаваемой в прямом и обратном направлениях, не выполняется

Далее во второй главе рассмотрены особенности технологии СИГТРАН При переходе операторов связи от традиционных сетей к сетям NGN необходимо обеспечить взаимодействие сети, функционирующей в режиме коммутации пакетов, с традиционной сетью с коммутацией каналов Таким образом, возникает задача передачи сигнальных сообщений ОКС 7 по IP-сетям в режиме реального времени. Для этой цели используется стек протоколов СИГТРАН, который применяется для передачи сигнальной информации по IP в сетях сотовой подвижной связи и в мультисервисных сетях. Детально рассмотрены функциональная архитектура, схемы взаимодействия функциональных элементов СИГТРАН, схемы взаимодействия стека СИГТРАН с сетью ОКС 7 при предоставлении услуг IP-телефонии

Существует два основных сценария использования стека протоколов СИГТРАН

- для сигнального взаимодействия между цифровыми узлами традиционной сети с коммутацией каналов с пунктами сигнализации ОКС 7, расположенными вСПДОП,

- для сигнального взаимодействия пунктов сигнализации внутри СПД ОП Делается вывод о том, что применение стека протоколов СИГТРАН

повышает надежность и эффективность передачи сигнальной информации.

Протокол инициирования сеансов связи SIP является перспективным современным протоколом для предоставления широкого спектра телекоммуникационных услуг на сетях с пакетной коммутацией

Для различных вариантов сетей SIP разработаны гипотетические схемы, что позволяет обеспечить качество предоставления услуг пользователям в части установления, поддержания, модификации и разъединения соединений на уровне вторичной сети

Требования к показателям качества функционирования сети сигнализации определяются исходя из показателей качества соединений сигнализации Поэтому эти требования сформулированы как для каждого типа соединения в отдельности (ОКС 7, СИГТРАН, SIP), так и в интегральном виде с точки зрения качества функционирования соединений в целом

По результатам главы сформулировано основное требование к сигнализации на перспективной сети, которое заключается в том, что при внедрении новых технологий на базе режима коммутации пакетов показатели качества соединений сигнализации не должны ухудшиться по сравнению с показателями качества на существующей телефонной сети общего пользования (ТфОП)

В третьей главе проведен детальный анализ показателей качества функционирования сети сигнализации при использовании стека протоколов СИГТРАН. Анализ включает оценку длительности передачи сигнальных сообщений по протоколам БСТР и МЗиА; разработку функциональной схемы протокола БСТР; численный анализ задержки передачи сигнальных сообщений.

Для проведения анализа длительности передачи сигнальных сообщений рассмотрены механизмы установления и завершения соединений при использовании протокола 8СТР и разработана функциональная схема соединения сигнализации между шлюзом сигнализации (ЕЮ) и контроллером медиашлюза (МвС) с использованием технологии СИГТРАН (рисунок 1)

SG

ш-

СИГТРАН

MGC

ISUP

M3UA

SCTP

MPLS

SCTP

M3UA

ISUP

Tisup _ ; _ TSCTP

Направление передачи

Рисунок 1 - Функциональная схема соединения сигнализации с использованием технологии СИГТРАН Основной вывод, который получен в результате этого анализа, заключается в следующем. Технология СИГТРАН должна применяться для передачи сигнального трафика в сетях с КП. Технология СИГТРАН может быть применена в сети с КК на соединениях сигнализации ОКС 7, где задержки передачи сигнальных сообщений отрицательно влияют на требования ко времени установления соединения по сети в целом Технологию СИГТРАН также рекомендуется применять на участках сети ОКС 7 с высокой сигнальной нагрузкой на соединениях, обеспечивающих связь с базами данных узлов управления услугами Это подтверждает опыт российских операторов сетей сотовой подвижной связи и операторов сетей, где внедрены услуги ИСС.

На рисунке 2 представлена функциональная схема протокола 5СТР. При разработке функциональной схемы сформулированы положения, которые соответствуют условиям применения протокола БСТР. В соответствии с этими условиями математическая модель функционирования протокола ЯСТР может

быть представлена как система массового обслуживания (СМО) типа

М | 111 оо с групповым обслуживанием заявок. В этой модели не учитывается ограничение на время формирования группы заявок по таймеру. Учитывая сложность получения оценок в аналитическом виде, проведено имитационное моделирование процесса функционирования протокола БСТР. При этом поток поступающих на обслуживание заявок принят пуассоновским Длительность обслуживания включает как длины заголовков, так и длины заявок

оке 7

Поток сигнальных сообщений

Уровень адаптации М311А

о:

SCTP

1P/MPLS

Очереди пакетов Потоки передачи на передачу пакетов

Очередь Выбор порций направления данных передачи

»• • • J. г

к к

t. . 1

к т

►GH>

■QZD-

Рисунок 2 - Функциональная схема протокола вСТР Время ожидания начала обслуживания 1-ой заявки в ($■» 1)-ой группе имеет

вид

ТГГ =тах(^ , (1)

7=0

где Т - ограничение по длительности формирования каждой группы заявок по таймеру,

Р 5 - длительность обслуживания группы заявок; Э - номер группы заявок,

С3 - число заявок в Б -ой группе, где К - максимальное число

заявок в группе;

- время ожидания начала обслуживания ¡-ой заявки в Б-ой группе;

Я; - промежуток времени между моментами поступления з-ой и (/"Ю-ой заявки в Б-ой группе, 0=0 означает промежуток времени между моментами поступления последней заявки в (5+1)-ой группе и первой заявки в Б-ой группе)

поступления последней заявки в (5+1) -ой группе и первой заявки в Б-ой группе)

Случайная величина я, распределена по экспоненциальному закону с

параметром Л. Выражение (1) является основой имитационной модели

С помощью имитационной модели исследованы зависимости задержки передачи в канал сигнальных сообщений при различной загрузке канала и различных значений таймера, среднее значение задержки и 95% - квантиль задержки от интенсивности поступления сигнальных сообщений и ряд других характеристик На рисунке 3 приведены зависимости средних значений задержки от интенсивности поступления сигнальных сообщений (СС) при трех значениях таймера

О 1000 2000 3000 4000 5000 6000

число СС/с

Интенсивность поступления сигнальных сообщений

Рисунок 3 - Зависимость среднего значения задержки от интенсивности сигнальных сообщений при различных значениях таймера Т

Как видно из этих зависимостей, длительность формирования группы заявок по таймеру существенно влияет на среднюю величину задержки

Четвертая глава посвящена разработке метода анализа показателей качества функционирования сети сигнализации при использовании протокола SIP на участке между двумя контроллерами медиашлюзов, что не нарушает общности полученных результатов

На основании анализа диаграмм взаимодействия контроллеров для различных этапов установления соединения при использовании протокола S1P разработан алгоритм оценки величины сигнальной нагрузки при передаче сигнальных сообщений на участке между двумя контроллерами медиашлюзов (MGG) Предполагается, что величина сигнальной нагрузки между MGCa и MGCb в прямом направлении не равна величине сигнальной нагрузки в обратном направлении, те аш,(А,В)*ач,,(В,А) Под сигнальной нагрузкой в прямом направлении понимается нагрузка, создаваемая потоком сигнальных

12

Для типовых значений параметров протокола SIP проведены расчеты интенсивности сигнальной нагрузки а^ в зависимости от интенсивности телефонной нагрузки.

На рисунке 4 показаны зависимости сигнальных нагрузок на сигнальное отношение SIP и на звено сигнализации ОКС 7 от интенсивности телефонной

а, Эрл 3

2,5 2

1,5 1

0,5

SIP

--ОКС7

Й"

Число ЗС ОКС 7 6

0 Л, вызовы/с

50

100

150

200 250 300 350

400

А Эрл

О 3600 7200 10800 14400 18000 21600 25200 28800 Рисунок 4 - Зависимость сигнальной нагрузки от интенсивности телефонной

нагрузки

нагрузки для средней длины сигнального сообщения SIP 407 байт и пропускной способности канала Ethernet 10 Мбит/с Помимо основной шкалы, показывающей значения сигнальной нагрузки в эрлангах, на дополнительной шкале справа показано число звеньев сигнализации (ЗС) ОКС 7 в традиционной сети сигнализации Эффективное функционирование звена сети Ethernet достигается при пиковой загрузке на 60 - 70% Поэтому сигнальная нагрузка, передаваемая по протоколу SIP, должна составлять не более 0,7 Эрл Как видно из графика, интенсивность потока телефонных вызовов при этом не должна превышать 350 вызовов/с Для сравнения, при такой интенсивности нагрузки в каждом направлении создается сигнальная нагрузка 1,5 Эрл, для обслуживания которой требуется 8 звеньев ОКС 7

Для оценки длительности установления соединения по протоколу SIP проведен анализ основных ее составляющих в процессе установления соединения между узлами А и В (рисунок 5).

Рисунок 5 - Составляющие времени установления соединения по протоколу

SIP

Случайная величина Aw/> длительности установления соединения между узлами А и В, как это следует из диаграммы, может быть вычислена по формуле

&SIP = ^INVITE + A 1007m/« + ^183 SessionProgrevs + ^2000К (2)

где А/р - задержка передачи сообщений по IP-сети Остальные оставляющие случайной величины равны задержкам передачи

соответствующих сообщений с учетом их времени ожидания в очереди на передачу в узлах А и В

Для анализа характеристик случайной величины à.s,P разработана модель в виде сети массового обслуживания, показанная на рисунке 6 Цифрами показана последовательность перехода сообщений между узлами сети-

(1) на Узел 1 поступает сообщение INVITE, что соответствует поступлению нового вызова на узел А;

(2) сообщение через Узел 3 маршрутизируется в Узел 2, в момент поступления в который преобразуется в сообщение 100 Trying;

(3) сообщение возвращается в Узел 2 и в момент возврата преобразуется в сообщение 183 Session Progress,

(4) через Узел 3 сообщения маршрутизируется в Узел 2 и в момент поступления преобразуется в сообщение 200 ОК,

(5) сообщение из Узла 2 маршрутизируется через Узел 3 и преобразуется в АСК,

(6) сообщение маршрутизируется в Узел 3, после обработки в котором соединение считается установленным.

100 Trying -(3)-

200 OK (5)

Узел 2 :0

183 Session Progress

-<2h

УзелЗ

ю-

-(4>-

соединение установлено

поступление

-(6Ь

О*

INVITE -(1>—

С

-(5>-

АСК -<6)-

Уэел1

О

(2) INVITE

Рисунок 6 - Модель установления соединения по протоколу SIP в виде сети массового обслуживания

Рассматриваемая модель исследована для двух случаев -экспоненциального и детерминированного времени обслуживания в узлах Для анализа первого случая применена известная теория открытых экспоненциальных сетей массового обслуживания, а для второго случая разработана имитационная модель Проведено сравнение характеристик, полученных аналитически и с помощью средств имитационного моделирования

На рисунке 7 представлена зависимость среднего времени установления соединения по протоколу SIP от интенсивности поступления вызовов. Как видно из графика, в предположении о детерминированном распределении длин пакетов среднее время установления соединения всегда меньше. Учитывая незначительную абсолютную разницу, можно считать, что аналитические формулы могут служить оценкой сверху для среднего времени установления соединения по протоколу SIP

Для анализа показателей качества соединений сигнализации «из конца в конец» по IP - сети исследована многофазная СМО с несколькими входящими потоками и разработан приближенный метод для расчета среднего значения и квантилей задержки сигнального сообщения на маршруте сети Проведен численный анализ погрешности значений, получаемых при расчете по приближенным формулам, и показано, что разработанный метод применим для расчета задержек передачи сигнальных сообщений протокола SIP по сети IP

M&srp (мс)

032

/

ез1

«я

029

его

027 020 025 024 023 | 022

«21 1-----* . , • • т (

О 10 20 30 40 SO вО 70 во

— — — - жспонвмциапьнов распределение (модель СвМО)

двтерминнроввииов распределение {имитационное моде лироеанне)

/

>.„ (1/с)

Рисунок 7 - Зависимость среднего времени установления соединения по протоколу SIP от интенсивности поступления вызовов

Рассматривается многофазная система, состоящая из N последовательных однолинейных СМО с накопителями неограниченной емкости и постоянным временем обслуживания. На систему поступают два типа заявок - основные и фоновые- Основные заявки соответствуют сообщениям протокола SIP, а фоновые заявки - IP пакетам, в которых передается информация медиаконтента.

Для исследования характеристик рассматриваемой многофазной СМО применен приближенный метод и проведено имитационное моделирование для оценки его точности.

При нагрузке а - 0,7 Эрл на канал с пропускной способностью V = 10 Мбкт/c среднее значение задержки сигнального сообщения при средней длине сообщения 407 байт не превышает 0,7 мс. При средней длине сообщения 150 байт этот показатель равен 0,26 мс. Для сравнения при передаче сигнального сообщения по звену ОКС 7 со скоростью 64 кбит/с при отсутствии ошибок в звене данных сигнализации и значении нагрузки 0,2 Эрл среднее значение задержки в очереди на передачу составляет около 5 мс. Оценка относительной погрешности приближенного метода, полученная с помощью имитационного моделирования, показывает, что при интенсивности нагрузки на канал до 0,7 Эрл погрешность не превышает ¡0%.

В заключении представлены основные результаты работы.

1, Проведен системный анализ проблемы реконструкции городской телефонной сети большой емкости на примере МГТС. Показана необходимость реконструкции сети на основе концепции сетей следующего поколения. Определены технические, технологические, организационные и социально-экономические условия перехода к сети следующего поколения, предложены

технологические и организационные решения для достижения поставленной цели

Сформулированы и обоснованы принципы ввода на существующей ГТС большой емкости второго кода зоны нумерации

2 В результате анализа функциональных возможностей перспективной сети с коммутацией пакетов и проблемы взаимодействия систем сигнализации на цифровой сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов сформулированы задачи для исследования.

3 Проведен анализ требований к показателям качества функционирования сети сигнализации и разработаны принципы построения перспективной сети ОКС 7 на ГТС большой емкости

Рассмотрены особенности применения технологии и варианты использования стека протоколов СИГТРАН на ГТС большой емкости. Рассмотрены основные составляющие величины задержки сигнальных сообщений при применении технологии СИГТРАН, разработана функциональная схема передачи сигнальных сообщений

4 Проведен детальный анализ функционирования протокола SIP, рассмотрены типовые сценарии установления сеансов связи с его использованием, приведены гипотетические схемы различных типов соединений на ГТС большой емкости

5 Разработан алгоритм расчета сигнальной нагрузки в сети ОКС 7 на ГТС большой емкости в предположении о неравенстве сигнальной нагрузки в прямом и обратном направлениях передачи.

6. Разработана имитационная модель для анализа показателей качества функционирования системы сигнализации по технологии СИГТРАН, которая учитывает такую особенность функционирования протокола SCTP в стеке протоколов СИНГТРАН, как формирование пакета по таймеру С использованием метода имитационного моделирования проведен анализ различных параметров задержки передачи сигнальных сообщений от интенсивности потока сигнальных сообщений

7 Разработан и реализован на ПЭВМ алгоритм расчета сигнальной нагрузки при использовании протокола SIP По результатам расчетов построены зависимости сигнальных нагрузок по протоколу SIP и на звенья сигнализации ОКС 7 от интенсивности поступающей телефонной нагрузки

8 Разработан приближенный аналитический метод оценки времени установления соединения по протоколу SIP Модель установления соединений представлена в виде сети массового обслуживания из трех узлов С помощью имитационного моделирования показано, что приближенная аналитическая модель позволяет получить оценку сверху для среднего времени установления соединений по протоколу SIP

9 Разработана многофазная модель массового обслуживания для приближенной оценки задержек сигнальных сообщений по протоколу SIP при установлении соединений «из конца в конец» по сети IP Проведена оценка средних значений задержки сигнальных сообщений и 95% квантили задержек от интенсивности поступающей на канал нагрузки

10 Результаты диссертационной работы использованы при проектировании и реализации сети сигнализации ОКС 7 Московской ГТС, при проектировании сети передачи данных, а также опытной зоны мультисервисной сети МГТС, в учебном процессе МТУСИ в виде учебного пособия, рекомендованного УМО по образованию в области телекоммуникаций для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 210400 - Телекоммуникации

Список публикаций по теме диссертации

1 Летников А И План нумерации сети ОАО «МГТС» при задействовании зоновых кодов 095 и 499 // Электросвязь - 2005. - № 5 - С 13-14.

2. Гольцов А.В , Летников А И Развитие сети ОАО «МГТС» при внедрении новых технологий// Труды ЬХ конференции РНТО РЭС им А.С Попова

- М. Инсвязьиздат, 2005 - С. 73 - 74.

3. Летников А И. Основные направления развития сети сигнализации ОКС 7 ОАО «МГТС» // Электросвязь. - 2005. - № 11. - С 31-32.

4. Летников А.И, Глазунова Н С МГТС смотрит в будущее //Век качества -2005 - № 3. - С. 11-12

5. Летников А.И Перспективы перевода МГТС на 10-ти значную систему нумерации// Вестник связи. - 2006. - № 10 - С 85-89

6 Летников А.И Основные направления реконструкции и развития сети ОАО «МГТС» на базе новых телекоммуникационных технологий Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» - М • Инсвязьиздат, 2006. - С. 17 - 18

7 Летников А И Расчеты плана маршрутизации сигнальных сообщений сетей ОКС !• Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы».-М.:Инсвязьиздат,2006 -С 123-124.

8 Летников АИ, Пшеничников АП Системный подход к решению проблемы реконструкции Московской городской телефонной сети Московская отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества». Тез. докл. — М/ Инсвязьиздат, 2007. -С. 14-15.

9. Алехин В В, Летников А.И Основные этапы развития и реконструкции сети при внедрении новых технологий //Электросвязь - 2007. - № 4

- С.38-41

10. Летников А И, Чукарин А В Методы проектирования схемы развития сети ОКС 7 ОАО МГТС //Электросвязь. - 2007. - № 4. - С. 48 - 50

11. Летников А.И., Наумов В.А. Разработка модели для анализа показателей качества функционирования сигнализации по протоколу Б1Р //Электросвязь -2007 - №7 -С 44-47

12 Летников А И., Пшеничников А П Системный подход к решению проблемы реконструкции Московской городской телефонной сети //Вестник связи -2007 -№7 - С 46-50.

Подписано в печать 25.09.07. Формат 60x84/16. Объем 1,2 усл.п л

_Тираж 100 экз. Заказ 174._

ООО «Инсвязьиздат». Москва, ул. Авиамоторная, 8.

Введение.

Глава 1. Анализ проблемы реконструкции городской телефонной сети большой емкости.

1.1. Системный подход к анализу проблемы внедрения на ГТС технологии коммутации пакетов.

1.1.1. Городская телефонная сеть как большая и сложная система.

1.1.2. Основные принципы системного анализа.

1.1.3. Основные этапы системного анализа проблемы реконструкции

ГТС большой емкости.

1.2.Анализ существующего состояния Московской ГТС и обоснование необходимости ее реконструкции.

1.2.1. Краткий анализ существующих первичной и вторичных сетей.

1.2.2. Принципы нумерации абонентских линий при вводе на ГТС второго кода зоны нумерации.

1.2.3. Обоснование необходимости реконструкции МГТС в соответствии с концепцией сетей следующего поколения.

1.3.Краткий анализ проблемы внедрения на МГТС технологии коммутации пакетов.

1.3.1.Концептуальные основы сетей нового поколения.

1.3.2.Состав и структура сети нового поколения.

1.3.3.0собенности совместного функционирования сетей с коммутацией каналов и коммутации пакетов. Задачи исследования.

1.4. Выводы.

Глава 2. Анализ требований к построению сети сигнализации и качеству ее функционирования на ГТС с коммутацией каналов и коммутацией пакетов.

2.1.Анализ требований к показателям качества функционирования сети сигнализации.

2.2.Разработка принципов построения перспективной сети ОКС 7 на ГТС большой емкости.

2.3 .Особенности применения технологии СИГТРАН и постановка задачи анализа качества передачи сигнальных сообщений по IP-сети.

2.4.Применение протокола SIP для передачи сигнальных сообщений по сети передачи данных общего пользования.

2.5.Анализ требований к показателям качества функционирования сети сигнализации при использовании технологий СИГТРАН и SIP.

2.6. Выводы.

Глава З.Анализ методов проектирования и показателей качества функционирования сети сигнализации.

3.1.Разработка алгоритма расчета сигнальной нагрузки сети ОКС 7 на ГТС большой емкости.

3.2.Разработка модели для анализа показателей качества функционирования системы сигнализации по технологии СИГТРАН.

3.3.Численный анализ простейшей модели и результаты имитационного моделирования.

3.4 Выводы.

Глава 4.Разработка метода анализа показателей качества функционирования сети сигнализации при использовании протокола SIP.

4.1.Общие положения и метод оценки величины сигнальной нагрузки.

4.2.Метод анализа среднего времени установления соединения по протоколу SIP.

4.3.Многофазная модель для оценки задержек сигнальных сообщений при установлении соединений "из конца в конец".

4.4.Вывод ы.

Актуальность темы. Создание информационного общества в России переходит из стадии деклараций в стадию практической реализации. В телекоммуникациях этот процесс отмечен взрывоподобным ростом числа пользователей Интернет и сотовой подвижной связи.

Либерализация рынка телекоммуникационных услуг и, как следствие, обострение конкуренции заставляют операторов существующих сетей искать способы предоставления пользователям современных услуг.

Эти обстоятельства диктуют необходимость реконструкции существующих сетей в соответствии с концепцией сетей нового поколения (Next Generation Networks - NGN).

В процессе перехода к NGN на городских телефонных сетях (ГТС) в течение относительно длительного времени будет совместно функционировать цифровое оборудование, построенное по технологии коммутации каналов (КК), с оборудованием, построенным по технологии коммутации пакетов (КП). При этом необходимо обеспечить совместное функционирование с высоким качеством различных систем сигнализации.

Основной системой сигнализации на транспортной цифровой сети с коммутацией каналов является система сигнализации по общему каналу ОКС 7. В решение различных задач внедрения ОКС 7 на телефонных сетях России значительный вклад внесли Аджемов А.С., Башарин Г.П., Гольдштейн Б.С., Жарков М.А., Кучерявый А.Е., Самуйлов К.Е., Соколов Н.А., Соловьев С.П., Юнаков П.А., Яновский Г.Г. и др.

Транспорт сигнальных сообщений ОКС 7 по сети с пакетной коммутацией реализуется с помощью технологи СИГТРАН (Signalling transport - Sigtran). На сетях с пакетной коммутацией в настоящее время сигнальные сообщения передаются преимущественно с помощью протокола инициирования сеансов связи (Session Initiation Protocol - SIP). Последние две технологии сигнализации появились сравнительно недавно и находятся на начальной стадии внедрения на ГТС в России.

Сопряжение и взаимодействие различных технологий сигнализации оказывает значительное влияние на качество функционирования сети. В условиях перехода к сетям нового поколения на ГТС решение задачи оценки характеристик качества передачи сигнальных сообщений является весьма актуальным.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов оценки качества функционирования систем сигнализации в сетях с коммутацией каналов и пакетов.

Для достижения этой цели в диссертации решены следующие задачи:

- с использованием методологии системного анализа на примере Московской городской телефонной сети (МГТС) определены основные необходимые условия перехода к сетям нового поколения;

- разработана система нумерации на аналогово-цифровой ГТС большой емкости при введении на сети второго кода зоны нумерации;

- обоснованы требования к построению и функционированию сети сигнализации на цифровой ГТС с коммутацией каналов и пакетов;

- разработаны методы оценки показателей качества обслуживания сигнальных сообщений по технологии СИГТРАН и по протоколу SIP с использованием моделей систем массового обслуживания и имитационного моделирования.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы системного анализа, теории массового обслуживания, теории телетрафика, сетей связи, имитационного моделирования

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем.

1. Системный анализ проблемы реконструкции ГТС большой емкости показал, что для предоставления пользователям широкого спектра мультисервисных услуг высокого качества необходимо решить комплексную проблему создания сети нового поколения. При этом на существующей ГТС одновременно с созданием цифровой наложенной сети с коммутацией пакетов необходимо решить целый ряд технических и организационных задач: вывести из эксплуатации без перерыва связи значительный объем аналогового оборудования; обеспечить сопряжение и устойчивое взаимодействие цифровой сети с коммутацией каналов с сетью с коммутацией пакетов; модернизировать существующую абонентскую сеть на базе технологии цифровых абонентских линий (xDSL); перейти на расчеты с абонентами по альтернативным тарифным планам и др.

2. Разработана процедура расчета интенсивности сигнальной нагрузки в сети ОКС 7, отличающаяся от известных тем, что предположение о равенстве сигнальной нагрузки, передаваемой в прямом и обратном направлениях, не выполняется. Результаты расчетов использованы при проектировании всех основных сигнальных маршрутов сети сигнализации МГТС, обеспечивающих функционирование сети в нормальных условиях, а также альтернативных маршрутов для передачи сигнальных сообщений в случае отказов и перегрузки.

3. Существующие аналитические методы оценки показателей качества обслуживания сигнальных сообщений при использовании технологии СИГТРАН не учитывают такую особенность функционирования протокола SCTP в стеке протоколов СИГТРАН, как формирование пакета по таймеру. С учетом последнего условия разработана имитационная модель, с помощью которой проведен численный анализ величины задержки передачи сигнальных сообщений от интенсивности поступающей нагрузки, длительности формирования пакета по таймеру, интенсивности сигнальных сообщений и других параметров.

4. Для оценки значения среднего времени установления соединения по протоколу SIP разработана модель сети массового обслуживания из трех узлов в предположении, что длительность обслуживания - случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону. В протоколе SIP длительность обслуживания - величина детерминированная. С помощью имитационного моделирования показано, что аналитический метод дает оценку сверху с относительной погрешностью не более 2-7-3% при условии, что задержка передачи сигнального сообщения по IP-сети в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т не превышает 100 мс.

5. Для анализа показателей качества обслуживания соединений сигнализации по протоколу SIP «из конца в конец» использована многофазная модель, состоящая из N последовательных узлов, представленных однолинейными системами массового обслуживания с накопителями неограниченной емкости и постоянной длительностью обслуживания. Предложена приближенная процедура оценки среднего значения и 95-процентный квантиль задержки сигнальных сообщений. В отличие от известного метода в предложенной процедуре значения оцениваемых параметров зависят от номеров узлов. Проведена оценка точности предложенной процедуры.

Основные положения работы, выносимые на защиту

1. Городские телефонные сети более чем за столетний период функционирования и развития сохранили три основные свойства: использование технологии коммутации каналов; моносервисность своей основной деятельности; неудовлетворенный спрос на предоставление услуг телефонной связи. Переход к концепции сетей нового поколения в условиях либерализации рынка телекоммуникационных услуг приведет к смене парадигмы развития ГТС. В результате указанные выше три системных свойства должны быть трансформированы в следующие: преимущественное использование технологии коммутации пакетов; мультисервисность основной деятельности; превышение предлагаемого объема и номенклатуры услуг над спросом.

2. В результате анализа условий ввода не Московской ГТС в дополнение к существующему коду ABC = 495 второго кода зоны нумерации ABC = 499 сформулированы следующие принципы, которым необходимо следовать при развитии и реконструкции сети:

- замена кода ABC = 495 на код 499 должна производиться с сохранением семизначного абонентского номера;

- при реконструкции сети замена первой цифры семизначного абонентского номера предусматривается только для аналоговых АТС в коде ABC = 495;

- при размещении и задействовании цифровых оконечных станций и концентраторов в коде ABC = 499 следует придерживаться стратегии наложения;

- работы по реконструкции должны выполняться в полном объеме в одной миллионной группе номеров. Нумерация этой миллионной группы не может быть использована для развития и реконструкции сети до выполнения всего объема работ по выключению аналоговых АТС.

3. При внедрении на существующих ГТС технологий сигнализации на базе режима коммутации пакетов показатели качества соединений сигнализации по длительности установления соединений и связности сети сигнализации не должны уступать соответствующим показателям на цифровой сети с коммутацией каналов.

4. Численный анализ результатов имитационного моделирования процесса функционирования протокола SCTP в стеке протоколов СИГТРАН показал, что при увеличении времени сборки пакета по таймеру от 3,2 мс до 10,3 мс среднее значение задержки передачи увеличивается более чем в два раза. Технологию СИГТРАН рекомендуется применять на на участках сети ОКС 7 с высокой сигнальной нагрузкой, в частности, на соединениях, обеспечивающих связь с базами данных узлов управления услугами интеллектуальных сетей связи.

5. Оценка задержки сигнальных сообщений при передаче их по сети IP «из конца в конец» проведена в предположении, что на каждый из N последовательных узлов кроме сигнальной нагрузки с интенсивностью 0,2 Эрл поступает нагрузка, создаваемая сообщениями медиаконтента. При суммарной интенсивности нагрузки на канал с пропускной способностью

10 Мбит/с до 0,7 Эрл задержка сообщений SIP не превосходит 10 мс, а квантили задержки с вероятностью 0,95 не превышают 20 мс, что укладывается в рекомендации МСЭ -Т.

Личный вклад. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно, математические процедуры и программные средства разработаны при его непосредственном участии.

Практическая ценность и реализация результатов работы Результаты диссертации использованы:

- в ОАО «Гипросвязь» при проектировании сети ОКС 7 Московской

ГТС;

-в ООО «Интеллект Телеком» при проектировании сетей нового поколения и реконструкции существующих цифровых сетей с переводом их на технологию коммутации пакетов;

- в ОАО «МГТС» при проектировании и реализации этапов реконструкции МГТС на период до 2011 года;

- в учебном процессе кафедры АЭС МТУСИ в виде учебного пособия, рекомендованного УМО по образованию в области телекоммуникаций для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 210400 - Телекоммуникации.

Реализация результатов подтверждена соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на LX научной сессии РНТО РЭС им А.С. Попова (Москва, 2005г.); на Всероссийском совещании Мининформсвязи России (Сочи, 2005г.) на научно-технической конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, 2006г.); на Московской отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества» (Москва, 2007г.); на кафедре автоматической электросвязи МТУСИ.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации содержит 150 страниц, включая 63 рисунка и 11 таблиц. Список литературы состоит из 122 наименований.

Основные результаты работы.

1. Проведен системный анализ проблемы реконструкции городской телефонной сети большой емкости на примере МГТС. Показана необходимость реконструкции сети на основе концепции сетей следующего поколения. Определены технические, технологические, организационные и социально-экономические условия перехода к сети следующего поколения, предложены технологические и организационные решения для достижения поставленной цели.

Сформулированы и обоснованы принципы ввода на существующей ГТС большой емкости второго кода зоны нумерации.

2. В результате анализа функциональных возможностей перспективной сети с коммутацией пакетов и проблемы взаимодействия систем сигнализации на цифровой сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов сформулированы задачи для исследования.

3. Проведен анализ требований к показателям качества функционирования сети сигнализации и разработаны принципы построения перспективной сети ОКС 7 на ГТС большой емкости.

Рассмотрены особенности применения технологии и варианты использования стека протоколов СИГТРАН на ГТС большой емкости. Рассмотрены основные составляющие величины задержки сигнальных сообщений при применении технологии СИГТРАН, разработана функциональная схема передачи сигнальных сообщений.

4. Проведен детальный анализ функционирования протокола SIP, рассмотрены типовые сценарии установления сеансов связи с его использованием, приведены гипотетические схемы различных типов соединений на ГТС большой емкости.

5. Разработан алгоритм расчета сигнальной нагрузки в сети ОКС 7 на ГТС большой емкости в предположении о неравенстве сигнальной нагрузки в прямом и обратном направлениях передачи.

6. Разработана имитационная модель для анализа показателей качества функционирования системы сигнализации по технолориСИГТРАН, которая учитывает такую особенность функционирования протокола SCTP в стеке протоколов СИЫТРАН, как формирование пакета по таймеру. С использованием метода имитационного моделирования проведен анализ различных параметров задержки передачи сигнальных сообщений от интенсивности потока сигнальных сообщений.

7. Разработан и реализован на ПЭВМ алгоритм расчета сигнальной нагрузки при использовании протокола SIP. По результатам расчетов построены зависимости сигнальных нагрузок по протоколу SIP и на звенья сигнализации ОКС 7 от интенсивности поступающей телефонной нагрузки.

8. Разработан приближенный аналитический метод оценки времени установления соединения по протоколу SIP. Модель установления соединений представлена в виде сети массового обслуживания из трех узлов. С помощью имитационного моделирования показано, что приближенная аналитическая модель позволяет получить оценку сверху для среднего времени установления соединений по протоколу SIP.

9. Разработана многофазная модель массового обслуживания для приближенной оценки задержек сигнальных сообщений по протоколу SIP при установлении соединений «из конца в конец» по сети IP. Проведена оценка средних значений задержки сигнальных сообщений и 95% квантили задержек от интенсивности поступающей на канал нагрузки.

10. Результаты диссертационной работы использованы при проектированы сети сигнализации ОКС 7 Московской ГТС, при проектировании сети передачи данных, а также опытной зоны мультисервисной сети МГТС, в учебном процессе МТУСИ в виде учебного пособия, рекомендованного УМО по образованию в области телекоммуникаций для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 210400 -Телекоммуникации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Аджемов А.С., Гуркин Д.В, Кочнева ТА., Крупнов А.Е., Кучерявый А.Е., Самуйлов К.Е., Слизень В.А., Соловьев С.П., Торгашин В.И. Принципы построения сети ОКС 7 на ЕСЭ Российской Федерации. - М.: Изд. ФГУП ЦНИИС, 2004.

2. Аджемов А.С., Кучерявый А.Е. Система сигнализации ОКС №7. М.: Радио и связь, 2002.

3. Алехин В.В., Летников А.И. Основные этапы развития и реконструкции сети при внедрении новых технологий// Электросвязь. 2007 - № 4.

4. Барсков А.Г. Анализ систем IMS. // Сети и системы связи. 2006. - №1.

5. Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. М.: Изд-во РУДН, 2004.

6. Башарин Г.П., Бочаров П.П., Коган Я.А. Анализ очередей в вычислительных сетях-М.: Наука, 1989.

7. Башарин Г. П., Самуйлов К. Е. Современный этап развития теории телетрафика // Информационная математика. 2001. - № 1

8. Бочаров П.П., Печинкин А.В. Теория массового обслуживания. М.: Изд-во РУДН, 1995.

9. Брусиловский С.А., Копылов Д.А. Конвергенция интеллектуальной сети и сети следующего поколения // Информ Курьер Связь. 2004. - № 2.

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

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

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

13. Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Softswitch. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2006.

14. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. М.: Радио и связь, 1997.

15. Гольдштейн Б.С., Зарубин А.А., Саморезов В.В. Протокол SIP: Справочник. -СПб: БХВ-Петербург, 2005.

16. Гольцов А.В. Эволюция сети МГТС // Электросвязь. 2005. - № 9.

17. Гольцов А.В., Дедоборщ В.Г. Взаимозависимость темпов реконструкции сети и освоения технологий новых услуг // Электросвязь. 2006. - № 11.

18. Гольцов А.В., Летников А.И. Развитие сети ОАО «МГТС» при внедрении новых технологий// Труды LX конференции РНТО РЭС им. А.С. Попова. -М.: Инсвязьиздат, 2005.

19. Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Многоканальные телекоммуникационные системы. М.: Горячая линия - Телеком, 2005.

20. Горелов Г.В. О применении методов классической теории телетрафика в исследовании систем с пакетной коммутацией // ВКСС, Connect. 2006. -№1.

21. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. М.: Радио и связь, 1985.

22. Етрухин Н.Н. Первые рекомендации МСЭ-Т о сетях следующего поколения // Информ Курьер Связь. 2005. - № 6.

23. Ефимова Н.В. Пути перехода к сетям NGN в России // Электросвязь. 2004. -№ 6.

24. Журавлев С.В. Новый стратегический рынок услуги следующего поколения. Системные задачи внедрения // Информ Курьер Связь. - 2005. -№2.

25. Кей Дж. SS7 и её роль в эволюции сетей к IMS // Информ Курьер Связь. -2006.-№11.

26. Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России, http://www.minsvyaz.ru.

27. Концепция развития рынка телекоммуникационных услуг Российской Федерации на 2001-2010 годы, http://www.minswaz.ru.

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

29. Кох Р., Яновский Г.Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. М.: Радио и связь, 2001.

30. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

31. Крупное А.Е., Скородумов А.И. Новое поколение: от технологий к услугам// Электросвязь. 2006. - № 7.

32. Куликов К.В., Нетес В.А. Опыт совершенствования процессом управления трафиком и качеством работы телефонной сети // Электросвязь. 2006. - № 9.

33. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия. СПб.: Издательство «Питер», 1999.

34. Кучерявый А.Е., Кучерявый Е.А. От е-России к u-России: тенденции развития электросвязи. Электросвязь,№5,2005, стр.10.

35. Кучерявый А.Е., Парамонов А.И. Модели трафика для сенсорных сетей в и-России сети // Электросвязь. 2006. - № 6.

36. Кучерявый А.Е., Цуприков A.J1. Сети связи следующего поколения. М.: ФГУП ЦНИИС, 2006.

37. Лагутин B.C., Степанов С.Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000.

38. Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник. М.: Финансы и статистика, 1996.

39. Летников А.И. План нумерации сети ОАО «МГТС» при задействовании зоновых кодов 095 и 499 // Электросвязь 2005. - № 5.

40. Летников А.И. Основные направления развития сети сигнализации ОКС-7 ОАО «МГТС» // Электросвязь 2005. -№11,- С.31-32.

41. Летников А.И.,Глазунова Н.С. МГТС смотрит в будущее //Век качества 2005 -№3.

42. Летников А.И. Перспективы перевода МГТС на 10-ти значную систему нумерации// Вестник связи 2006 - № 10.

43. Летников А.И. Основные направления реконструкции и развития ОАО "МГТС " на базе новых телекоммуникационных технологий. Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы". М.: Инсвязьиздат, 2006.- С. 17-18 .

44. Летников А.И. Расчет плана маршрутизации сигнальных сообщений сетей ОКС 7. Труды конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы". М.: Инсвязьиздат, 2006.- С. 123-124.

45. Летников А.И., Пшеничников А.П. Системный подход к решению проблемы реконструкции Московской городской телефонной сети. Московская отраслевая научно-техническая конференция "Технологии информационного общества". М.: Инсвязьиздат, 2007. - С. 14-15.

46. Летников А.И., Чукарин А.В. Методы проектирования схемы развития сети

47. ОКС 7 ОАО МГТС// Электросвязь 2007 - № 4./

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

49. Летников А.И. Пшеничников А.П. Системный подход к решению проблемы реконструкции Московской городской телефонной сети // Вестник связи -2007. № 7.-С.46-50.

50. Мардер Н.С. Варианты нумерации при различных сценариях междугородной связи // Вестник связи. 2005. - № 2.

51. Месарович М., Мако Д., Такахара Н. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973.

52. Мишенков С.Л. Конвергенция // Вестник связи. 2006. - № 3.

53. Наука и высокие технологии России на рубеже третьего тысячелетия (социально-экономические аспекты развития). Руководители авт. колл. В.Л.Макаров, А.Е.Варшавский. - М.: Наука, 2001.

54. Наумов В.А. О максимальном полюсе преобразования Лапласа-Стилтьеса времени ожидания // Сб. «Модели систем распределения информации и их анализ», -М.: Наука, -1982

55. Нейман В.И. Тенденции развития телетрафика (к итогам MKT 18) // Электросвязь. - 2004. - № 9.

56. Нетес В.А. Мультисервисные сети: сумма технологий // Электросвязь 2004. -№ 9.

57. Нетес В.А. Основные принципы GMPLS // Вестник связи. 2006. - № 3.

58. Никольский Н.Н. Передача ОКС-7 через IP // Сети и системы связи. 2005. -№7.

59. Олвейн В. Структура и реализация современной технологии MPLS. Пер. с англ. Издательский дом «Вильяме», 2004.

60. Пшеничников А.П. Проблемы информатизации общества и развитие средств электросвязи // Электросвязь 1991. - № 2.

61. РД 45.233-2001 «Система сигнализации».

62. Ретана А., Слайс Д., Уайт Р. Принципы проектирования корпоративных IP -сетей. Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2002.

63. Российская система и план нумерации. Утверждены приказом Мининформсвязи России № 192 от 17 ноября 2006г. htth://www.minsvyaz.ru.

64. Саати T.JI. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения М.: Советское Радио, 1971.

65. Садовский В.Н. Основания общей теории систем М.: Наука, 1974.

66. Самуилов К.Е. Методы анализа и расчета сетей ОКС 7. -М: РУДН, 2002.

67. Самуйлов К.Е., Чукарин А.В., Першаков Н.В. Разработка модели функционирования протокола управления потоковой передачей // Вестник Российского университета дружбы народов. «Прикладная и компьютерная математика», № 1,2005.

68. Самуйлов К.Е., Першаков Н.В., ГудковаИ.А. Построение и анализ моделей системы с групповым обслуживанием заявок//Вестник РУДН, серия «Математика, информатика и физика», № 2, 2007

69. Семенов Ю.В. Проектирование сетей связи следующего поколения. -Пб. Наука и техника, 2005.

70. Современные телекоммуникации. Технологии и экономика. Под общей редакцией Довгова С.А. -М.: Эко Трендз, 2003.

71. Соколов Н.А. Телекоммуникационные сети. Эволюция инфокоммуникационной системы М.: Альваре Пабдишинг, 2004.

72. Шварцман В.О. Качество услуг сетей следующего поколения // Электросвязь -2006. -№ 3.

73. Шнепс-Шнеппе М.А. Интернет-телефония: протоколы SIP и его применения. М.: МАКС Пресс, 2002.

74. Юнг Ф. Перспективы развития инфокоммуникаций. СПб.: Петеркон, 2003.

75. Яновский Г.Г. IP-Multimedia Subsystem: принципы, стандарты и архитектура // Вестник связи 2006. - № 3.

76. Baskett, F., К. М. Chandy, R. R. Muntz, and F. G. Palacios, "Open, Closed, and Mixed Networks of Queues with Different Classes of Customers", Journal of the ACM, Vol. 22, No. 2, April 1975.

77. Bosse J. G., Devetak F. U. Signaling in Telecommunication Networks.- Wiley Series in Telecommunications and Signal Processing. 2006.

78. Caballero-Artigas J. M. Gigabit Ethernet roll-out. Maidenhead, UK : Trend Communications, 2005.

79. Camarillo G. SIP Demystified McGraw-Hill Professional Book Group - 2001.

80. Chaundry M., Templeton J. A First Course in Bulk Queues New York: Wiley, 1983

81. Chung M., You J., Sung d., Choi B. Performance Analysis of Common-Channel Signaling Networks, Based on Signaling System 7 // IEEE Trans. On Reliability. -1999.-Vol.48.-No.3.

82. Coene L. Stream Control Transmission Protocol Applicability Statement // IETF RFC 3257, April 2002.

83. Coene L., Pastor-Balbas J. Telephony Signalling Transport over Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Applicability Statement // IETF RFC 4166, February 2006.

84. Donovan S. The SIP INFO Method // IETF RFC 2976, October 2000.

85. Dryburgh L, Hewett J. Signaling System No. 7 (SS7/C7): Protocol, Architecture, and Services. Cisco Press; 1st edition, 2004.

86. ETCI EC 202 314. Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN). April 2004.

87. ETSITR 101 301. Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks (TIPHON). Release 4. April 2004; ETSI TR 101 308. TIPHON. SIP and

88. Н.323 Interworking. December 2001; ETSITR 101 329. TIPHON. General aspects of Quality of Service (QoS). June 1999.

89. ETC I TS 101 144. SCTP. May 2003.

90. Fathi H., Chakraborty S. S., Prasad R. I. On SIP Session setup delay for VoIP services over correlated fading channels // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2006; vol. 55.

91. Fathi H., Chakraborty S. S., Prasad R. I. Optimization of SIP session setup delay for VoIP in 3G wireless networks // IEEE Transactions on Mobile Computing. 2006, vol. 5, no. 9.

92. Gurbani V. K., Jagadeesan, L. and Mendiratta V. B. Characterizing session initiation protocol (SIP) network performance and reliability // In International Service Availability Symposium, April 2005.

93. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 1994. Vol.12. - No.3 (Спец. выпуск по ОКС 7).

94. IEEE Communications Magazine. 1990. - V.28, No.7 (Спец. выпуск по ОКС 7).

95. TU-T Recommendation E.723: Grade-of-service parameters for Signaling System No. 7 networks// ITU-T, June 1992.

96. ITU-T Recommendation: M.2301- Performance objectives and procedures for provisioning and maintenance of IP-based networks; M.3060- Principles for the Management of the Next Generation Network // ITU-T, 2002.

97. ITU-T Recommendation Q.706: Signaling System No.7 Message Transfer Part Signaling Performance // Geneva, July 1996.

98. ITU-T Recommendation Q.7xx, Specifications of Signaling System No.7 // ITU-T, March 1993.

99. ITU-T Recommendation Y.l 540: Internet protocol data communication service IP packet transfer and availability performance parameters // ITU-T, 2002.

100. ITU-T Recommendation Y.1541: Network Performance Objectives for IP-Based Services//ITU-T, 2002.

101. ITU-T Recommendation Y.2001: General overview of NGN // ITU-T, December 2004.

102. ITU-T Recommendation Y.2011: General principles and general reference model for next generation networks // ITU-T, October 2004.

103. ITU-T Recommendation Y.2013: Converged services framework functional requirements and architecture // ITU-T, December 2006.

104. ITU-T Recommendation Y.2091: Terms and definitions for Next Generation Networks // ITU-T, March 2007.

105. ITU-T Recommendation Y.2601: Fundamental characteristics and requirements of future packet based networks // ITU-T, December 2006.

106. Jagerman D.L., Balcioglu В., Altiok Т., Melamed B. Mean Waiting Time Approximation in the G/G/l Queue // Queueing Systems, -2004, Vol. 46.

107. Johnston A. SIP: Undersatnding the Session Initiation Protocol. Artech House, 2nd edition. - 2003.

108. Johnston A., Donovan S., Sparks R, Cunningham C., Summers K. Session Initiation Protocol (SIP) Basic Call Flow Examples; Session Initiation Protocol (SIP) Public Switched Telephone Network (PSTN) Call Flows // IETF RFC 3665, 3666, December 2003.

109. Gurbani V.K., Jain R. Transport Protocol Consideration for Session Initiation Protocol Networks // Bell Labs Technical Journal. 2004. - №9 (1).

110. Klein W. Routing planning in a large-scale signaling network // Proc. of ITC-12, «Teletraffic Science for New Cost-Effective Systems: Networks and Services». -1989.

111. Medhi D., Ramasamy K. Network Routing: Algorithms, Protocols, and Architectures. Morgan Kaufmann Publishers 2007.

112. Ong L., Yoakum J. et al. An Introduction to the Stream Control Transmission Protocol (SCTP) // IETF RFC 3286, May 2002.

113. Ong L., Rytina I., Garcia M., et al. Framework Architecture for Signaling Transport // IETF RFC 2719, October 1999.

114. Poikselka M., Niemi A., Khartabil H., Mayer G. The IMS: IP Multimedia Concepts and Services. Wiley - 2006.

115. Rosenberg J., Schulzrinne H., Camarillo G., Johnston A., Peterson J., Sparks R., Handley M., Schooler E. SIP: Session Initiation Protocol // IETF RFC 3261, June 2002.

116. Rosenberg J., Schulzrinne H. Reliability of Provisional Responses in the Session Initiation Protocol (SIP); Session Initiation Protocol (SIP): Locating SIP Servers // IETF RFC 3262, June 2002.

117. Rosenberg J., Schulzrinne H., Camarillo G. The Stream Control Transmission Protocol (SCTP) as a Transport for the Session Initiation Protocol (SIP) // IETF RFC 4168, October 2005.

118. Russel T. Signalling System #7. McGraw Hill Professional, 4-th edition, 2002.

119. Sinnreich H., Johnston A. Internet communications using SIP: Delivering VoIP and Multimedia Services with Session Initiation Protocol. Wiley Publishing, Inc. -2006.

120. Stewart R., Xie Q. Stream Control Transmission Protocol (SCTP): A Reference Guide, Addison Wesley, 2002.

121. Vemuri A., Peterson J. Session Initiation Protocol for Telephones (SIP-T): Context and Architectures // IETF RFC 3372, September 2002.

122. Wu J. S., Wang P. Y. The performance analysis of SIP-T signaling system in carrier class VoIP network. // in Proc. of the 17th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA'03), Washington, DC, USA, 2003.