Исследование и разработка метода оперативного управления потоками телефонного трафика для интегрированных систем

• Автор: Панов, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 203 с. : ил.

Введение
Актуальность проблемы. Современный этап развития техники связи характеризуется конвергенцией, то есть взаимопроникновением технических решений, * '' - подходов к сетевому планированию и управлению ресурсами сетей разного типа, ч Наиболее перспективной признана эволюционная модель развития сетей связи, предусматривающая продолжительное совместное функционирование классических телефонных сетей и сетей коммутации пакетов, ресурсы которых могут быть интегрированы на базе специальных шлюзов доступа или коммутаторов Soft Switch. Интегрированные системы предоставления телефонных услуг (ИСТ) включаются в коммутационные поля цифровых систем коммутации каналов (ЦСК) и через специальные шлюзы обеспечивают доступ для передачи голоса к ресурсам сетей с коммутацией пакетов на основе перспективных технологий ATM (Asynchronous Transfer Mode), IP (Internet Protocol) или FR (Frame Relay). Для передачи голоса по сетям коммутации пакетов могут использоваться технологии VoATM (Voice over ATM), VolP(Voice over IP), VoFR(Voice over FR) или их вариации. Выбор уровня взаимодействия телефонной сети общего пользования (ТфОП) и сети коммутации пакетов для передачи речевой информации оказывает существенное влияние на качество пре-I доставления услуг. Например, технология VoIP приходит на местные ТфОП и на
корпоративные сети связи, хотя ранее она конкурировала с традиционной телефонией на рынке международной и междугородной связи. Перспективным вариантом развития существующих сетей связи является пропуск транзитного трафика между абонентами ТфОП различных зон нумерации с использованием каналов технологий IP или ATM в качестве транспортного уровня.
Общей характеристикой работы ТфОП является пропускная способность, то есть интенсивность нагрузки, пропущенной с заданной вероятностью потерь вызовов. При возникновении перегрузок в отдельных направлениях связи вероятность потерь вызовов из-за занятости всех каналов может существенно возрастать. В ЦСК имеются широкие возможности по маршрутизации избыточных потоков телефонного трафика на обходные направления связи, которые используются на сетях междугородной связи, и практически не реализованы на городских телефонных сетях. Для расчета необходимого числа каналов в обходных направлениях ТфОП разработан и используется метод эквивалентных замен RDA, позволяющий учесть математическое ожидание и девиацию интенсивности нагрузки, а также число каналов в направлениях прямой связи.

В диссертационной работе исследуются возможности повышения пропускной способности сетей связи с коммутацией каналов путем образования обходных направлений с использованием дополнительных ресурсов интегрированных систем предоставления телефонных услуг ИСТ. Актуальность исследования подтвержда-•» ется опережающими темпами разработки оборудования для интеграции сетей ком-

мутации каналов и коммутации пакетов. Зарубежные фирмы Cisco, Ericsson, Nortel Networks и Lucent предлагают шлюзы и пограничные коммутаторы для согласования ТфОП и корпоративных сетей с сетями на основе технологий ATM и IP. Отечественной фирмой АГАТ-РТ разработаны и предлагаются к внедрению различные модификации шлюза Alder Voice Gateway (AVG). Ленинградским отделением Центрального научно-исследовательского института связи (ЛОНИИС) разработаны и внедряются программно-аппаратные версии L4.5, L5.5 и L6.5 модернизации систем коммутации каналов DX200.
Независимо от технологии транспортного уровня, структуры сети и характеристик сигнализации должны быть реализованы четыре базовых принципа управления телефонным трафиком: поддержка вызовов, которые с высокой вероятностью могут закончиться разговором; обеспечение приоритета прямому пути установления со-j единения; эффективное использование свободных ресурсов сети; предотвращение
перегрузки систем коммутации. На цифровых ТфОП предусматривается ведение контроля качества обслуживания в реальном времени с целью оперативного управления сетевым трафиком (нагрузкой) для повышения объема эффективных (состоявшихся) вызовов на сети. Основным средством защиты при перегрузках на цифровых ТфОП является активизация различных защитных методов, ограничивающих поступлением трафика, таких как функция управления «Пропуск в обслуживании вызовов». Активизация этой функции предусматривает запрет поступления новых вызовов в направлении связи ЦСК в течение заданного интервала времени, если при поступлении вызова заняты все каналы в направлении.
Интегрированные системы предоставления телефонных услуг должны обеспечивать обслуживание: телефонного трафика, направляемого в ИСТ после набора абонентами номеров, поставленных в соответствии сети коммутации пакетов; избыточного трафика направлений связи ТфОП (в том числе, и от тех направлений связи, для которых активизирована функция управления «Пропуск в обслуживании вызовов»). Распределение избыточного трафика между сетями коммутации каналов и пакетов определяет.взаимное влияние между этими сетями.

Естественным ограничением использования систем ИСТ является возможность резкого ухудшения качества передачи голоса в сети передачи данных, что обычно выражается в росте задержек передачи речи. В этом случае трафик, ранее направлявшийся в сеть коммутации пакетов, может возвращаться на телефонную сеть. Следует предусмотреть возможность использования функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов» для защиты от перегрузок в направлениях телефонной связи, возникающих при таких отказах. Актуальной научной проблемой является разработка метода оперативного управления потоками телефонного трафика с учетом особенностей реализации функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов» в цифровых системах коммутации каналов и с учетом дополнительных возможностей интегрированных систем предоставления телефонных услуг по обслуживанию потоков телефонных вызовов. Исследование функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов» и разработка рекомендаций по обоснованию параметров интегрированных систем предоставления телефонных услуг представляют значительный теоретический и практический интерес.
Целью диссертации является исследование и разработка метода оперативного управления потоками телефонного трафика для интегрированных систем предоставления телефонных услуг, учитывающего особенности активизации защитных методов управления потоками трафика в цифровых системах коммутации каналов, а также возможность использования сетей коммутации пакетов для реализации обходных направлений связи.
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи: выполнен сравнительный анализ возможностей коммутаторов Soft Switch и шлюзов доступа различных разработчиков с учетом возможностей оперативного контроля качества связи;
разработана двухфазная математическая модель обслуживания вызовов в интегрированных системах предоставления телефонных услуг, позволяющая исследовать зависимость вероятностных характеристик качества обслуживания в зависимости от параметров потоков вызовов;
разработана компьютерная программа статистического моделирования, описывающая влияние функции управления «Пропуск в обслуживании вызовов» на вероятность потерь по вызовам в направлении связи;
разработан метод оперативного управления потоками телефонного трафика, учитывающий особенности включения интегрированных систем предоставления те-

В табл.1.7 представлены значения вышеперечисленных параметров для всех 6 классов обслуживания. Обозначение «Н» означает, что значение указанного параметра для данного класса обслуживания еще не определено.
Таблица 1.
Верхние границы параметров 6 классов обслуживания в 1Р сетях
Параметры Классы качества обслуживания
Класс 0 Класс 1 Класс 2 Класс 3 Класс 4 Класс
1РТР, мс 100 400 100 400 1000 Н
1РОУ, мс 50 50 Н Н Н . Н
1Р1К 1x10'3 1x10'3 1x10‘3 1x10'3 1x10'3 н
1РЕР 1x10-4 1x10'4 1x10-4 1x10"4 1x10-4 н
В Рекомендации МЭС У.154 определены показатели качества для всей 1Р- сети. Провайдер услуг коммутируемого доступа в Интернет должен самостоятельно оценивать вносимую долю потерь на своем участке от пользователя до сервера приложений 1Р-сети, постоянно изучать и реагировать на изменение показателей передачи трафика различных приложений [47,49,54,55,56,63,64,65,66,67,68].
1.6.2 Протоколы 1Р - технологии для обслуживания трафика реального времени
Все чаще протокол 1Р начинают применять для транспортировки трафика в приложениях реального времени. Основной недостаток применения протокола 1Р в его традиционной форме - отсутствие гарантии качества обслуживания, что существенно ограничивает возможности его универсального применения. Это привело к разработке специальных механизмов, которые обеспечивают гарантированное качество обслуживания трафика реального времени в сетях 1Р [57,58,59,60,66,67,68].
Имеется несколько направлений улучшения характеристик сетей 1Р, направленных на обеспечение требуемых качественных показателей доставки, в первую очередь, уменьшения задержек пакетов 1Р при их передаче через сеть. Первое направление базируется на интеграции сетей АТМ и 1Р на основе комбинации механизмов маршрутизации 1Р и коммутации АТМ. В механизмах интеграции АТМ и 1Р определение маршрута выполняется один раз - на этапе установления виртуального пути.