Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра  автоматической электросвязи

  

 

 

 АНАЛИЗ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 

Конспект лекций

для магистрантов  специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

 

 

Алматы 2011

 СОСТАВИТЕЛЬ: Туманбаева К.Х. Анализ и построение телекоммуникационных систем. Конспект лекций  для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АУЭС, 2011 – 66 стр.

 

В конспекте шестнадцати лекций по дисциплине «Анализ и построение телекоммуникационных систем» излагаются   основы  анализа и построения современных телекоммуникационных систем, методики определения количественных показателей характеристик функционирования систем.  

Ил. 9, табл.2 , библиогр.- 9 назв.

 

Рецензент: канд.техн.наук, проф. Г.С.Казиева.

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011г.

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

 

Введение 

«Анализ и построение телекоммуникационных систем» -  теоретический курс для  магистрантов специальности  6М071900  – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 Целью преподавания дисциплины является знакомство с аспектами анализа и построения телекоммуникационных систем, их структурой,  предоставляемыми услугами, вопросами обеспечения качества обслуживания, методиками определения количественных характеристик функционирования систем.   

Задачей преподавания дисциплины является овладение студентами технологических аспектов построения телекоммуникационных систем, методов их анализа и расчета.

В курсе преподавания дисциплины рассматриваются телекоммуникационные системы, в которых базовыми сетями являются телефонные сети общего пользования (ТфОП), сети подвижной связи (СПС) и сети передачи данных (СПД). Представлены задачи анализа и проектирования

ТфОП, задачи расчета СПС и СПД. Рассматривается развитие трех сетей и переход к сети связи следующего поколения (NGN -  Next Generation Network). В последних Лекциях рассматривается концепция перспективных сетей мобильной связи, как и находящихся в процессе конвергенции сетей фиксированной связи,  концепция мультисервисных сетей IMS (IP Multimedia Subsystem).

Изучения курса, помимо лекционных и практических занятий,  предполагает  выполнение расчетно-графических работ с применением компьютера и проведение самостоятельных работ с целью углубления общих знаний теории.

 К уровню освоения содержания дисциплины предъявляются  следующие требования.

Изучив дисциплину, студент должен знать:

- структуру телефонной сети общего пользования (ТфОП);

- методы анализа и проектирования ТфОП;

- поколения сетей сотовой связи;

- методы расчета сетей подвижной связи;

- принципы организации сетей передачи данных;

- задачи расчета сетей передачи данных;

-         принципы построения мультисервисных сетей;

-         архитектуру мультисервисной сети;

-         оборудование МС;

          - концепцию IMS.

По учебному плану данной дисциплине выделено 3 кредита, среди них для аудиторных занятий – 48 час., СРМП – 45 час., СРС -135 час.

 

1 Лекция. Цели и задачи дисциплины

 

Цель лекции: ознакомление студентов с целью и задачами дисциплины.  

      Содержание:

а) определение телекоммуникационной системы (ТКС);

б) модель ТКС, предложенная ITU;

в) задачи анализа и синтеза.

 

Телекоммуникационная система – это совокупность аппаратно и программно совместимого оборудования, соединенного в единую систему с целью передачи данных из одного места в другое. Телекоммуникационная система способна передавать текстовую, графическую, голосовую или видеоинформацию. 

 Модель телекоммуникационной системы, предложенной ITU (International Telecommunication Union)  для её анализа [1], содержит четыре компонента (см. рисунок 1).

 

        Сеть в помещении       Сеть доступа            Базовая сеть                 Средства

           пользователя                                                                                  поддержки услуг

 

 

 

 

         Рисунок 1.1 – Модель телекоммуникационной системы

 

Задача анализа возникает в тех случаях, когда телекоммуникационная система уже построена и функционирует. Целями анализа являются поиск реальных характеристик СМО (системы массового обслуживания), сравнение их с проектными характеристиками, предоставление объективных оценок качества работы системы. В итоге анализ позволяет определить причины снижения качества обслуживания по сравнению с проектными характеристиками и выдать рекомендации по устранению этих причин. Иногда анализ требуется произвести после внесения изменений в систему или после подключения новых источников нагрузки.

Универсальным методом анализа телекоммуникационных систем является моделирование.

Математическое моделирование является мощным и эффективным инструментом исследования разнообразных объектов, систем и процессов в различных областях человеческой деятельности. Многообразие процессов, протекающих в исследуемых системах и объектах, обусловливает и многообразие математических методов и средств, используемых в теории моделирования.

Моделирование – сложнейший многоэтапный процесс исследования систем, направленный на выявление свойств и закономерностей, присущих исследуемым системам, с целью их создания или модернизации. В процессе моделирования решается множество взаимосвязанных задач, основными среди которых являются разработка модели, анализ свойств и выработка рекомендаций по модернизации существующей или проектированию новой системы.

Главное же достоинство математических моделей систем состоит в том, что их можно строить задолго до построения собственно самой реальной системы. Тем самым математические модели образуют основу для второй важнейшей задачи — проектирования телекоммуникационных сетей и систем. Как вам известно, одним из важных разделов математического моделирования является теория систем массового обслуживания. Методы теории СМО используются при моделировании систем телекоммуникаций.

 Задача проектирования включает в себя несколько различных этапов.  Математические же модели систем массового обслуживания лежат в основе важных ранних этапов проектирования — анализа требований, разработки функциональной организации системы, определения параметров элементов системы и некоторых других.

Научной основой измерения и прогнозирования качества работы телекоммуникационной системы является теория телетрафика, которая выросла из задач традиционной телефонии. Современное состояние телекоммуникационных сетей, их построение на принципах компьютерных сетей требуют использования новых методов анализа их работы, которые не были представлены в классической теории телетрафика.

Теория телетрафика сформировалась в последние годы как самостоятельная научная дисциплина, которая представляет собой набор вероятностных методов решения проблем построения новых и эксплуатации действующих систем телекоммуникаций. Под понятием «телетрафик» теперь понимают не только  телефонные и телеграфные сообщения, и потоки сообщений в современных телекоммуникационных системах.

На следующей лекции приступим к знакомству с задачами анализа и проектирования ТфОП и основами классической теории телетрафика.

Затем перейдем к задачам анализа и проектирования сетей подвижной связи, сетей передачи данных, рассмотрим методики расчета этих сетей. После этого познакомимся с концепцией построения мультисервисных сетей (NGN/IMS), c методами анализа трафика мультисервисных сетей, с явлением самоподобия сетевого трафика в современных пакетных сетях.

 

 

 

2 Задачи анализа и проектирования ТфОП

Цель лекции: ознакомление студентов с основными направлениями исследований в телефонии.

Содержание:

а) основные направления исследований в телефонии;

б) определение места установки коммутационной станции и ее емкости.

 

Эта Лекция посвящена аспектам использования результатов на­учных работ для анализа, проектирования и эксплуатационного уп­равления ТфОП. Исследования, проводимые с целью дальнейшего развития ТфОП и других телекоммуникационных сетей, могут быть представлены множеством разных направлений. На рисунке 2.1 пока­зана классификация направлений основных исследований, имею­щих существенное значение для построения ТфОП, ее технической эксплуатации и дальнейшего развития. Структура сети существен­но влияет на инвестиции, которые необходимы для создания сис­темы телефонной связи. По этой причине задачи выбора структуры сети составляют одно из важнейших направлений в исследованиях, которые проводятся специалистами по ТфОП. Среди задач выбора структуры сети следует выделить три группы проблем:

- определение числа уровней иерархии в сети;

- оптимизация структуры транспортной и коммутируемой сети;

- поиск места установки коммутационной станции.

Существенная особенность задач, относящихся к выбору струк­туры сети, состоит в том, что возникающие ошибки исправить, как правило, очень сложно, а в некоторых случаях - невозможно. По этой причине математические методы выбора структуры ТфОП раз­рабатывались очень тщательно.

Второе направление исследований, связанных с вопросами построения и развития ТфОП, представлено задачами расчета про­пускной способности и производительности как сети в целом, так и ее основных компонентов. Эти задачи стали стимулом развития теории массового обслуживания - математической дисциплины, успешно используемой специалистами многих отраслей знаний. Среди телефонистов более известно другое название - теория телетрафика. Задачи расчета пропускной способности сети на рисунке 2.1 представлены следующими примерами:

- анализ пропускной способности систем коммутации;

          - оценка необходимых транспортных ресурсов;

- прогнозирование изменений пропускной способности сети.     

Производительность системы коммутации в телефонии чаще всего выражается количеством вызовов, которое обрабатывается в период наибольшей нагрузки (в общем случае - в единицу вре­мени). В качестве меры такого периода обычно выбирают один час. Этим обусловлено      

 

 

 

Рисунок 2.1 - Классификация основных направлений исследований,

связанных с ТфОП

 

возникновение термина «час наибольшей нагрузки» - ЧНН. Можно считать, что задачи оценки производительности связаны, в основном, с исследованием характеристик устройств управления системами коммутации и сетями в целом.

Пропускную способность оценивают разными величинами. Для коммутационных полей и пучков СЛ пропускная способность обыч­но измеряется в Эрлангах. В последнее время для транспортных ресурсов в качестве меры пропускной способности используется количество информации (например, битов или байтов), передан­ной за единицу времени (как правило, за секунду). В этом случае единицы измерений пропускной способности и скорости передачи совпадают. Оценку объема необходимых транспортных ресурсов можно считать одной из первых задач, возникшей при построении районированных телефонных сетей. Ее решение было предложено А.К. Эрлангом. На результатах, полученных этим ученым, базирует­ся одна из важнейших ветвей теории телетрафика.

Развитие ТфОП, появление новых технологий, формирование спроса на различные виды услуг заметно влияют на пропускную способность сети. Для решения задач, которые связаны с пропуск­ной способностью сети, необходимы прогностические оценки. Ме­тоды прогнозирования в электросвязи стали одним из важнейших инструментов исследования.

Третье направление исследований в области телефонии - анализ характеристик качества обслуживания. Абоненты ТфОП формируют субъективное мнение о качестве функционирования телефонной сети. Важнейшие аспекты восприятия абонентами ТфОП качества ее работы необходимо сопоставить с рядом показателей, которые могут быть измерены или оценены иным способом. Эти показатели должны быть нормированы в виде официальных документов, гаран­тирующих абонентам ГТС и СТС установленное качество обслужива­ния вызовов. К третьему направлению исследований, характерных для ТфОП, относится также оптимизация процессов технической эксплуатации. Система технической эксплуатации включает в себя совокупность технических и административных действий, обеспе­чивающих поддержание ТфОП (а также ее основных элементов) в состоянии, в котором она может выполнять заданные функции. В настоящее время издержки Оператора ТфОП, которые связаны с решением задач технической эксплуатации, весьма существенны. Именно по этой причине оптимизация соответствующих процессов стала актуальна.  

 Рассмотрим задачу, которая возникла на первом этапе построения ГТС, когда надо было принять решение о месте размещения - пока единственной - телефонной станции. Очевид­но, что первое решение этой задачи датируется концом XIX века. Именно в конце позапрошлого века были созданы первые нерайонированные ГТС. Тем не менее, в технической литературе эту задачу обычно связывают с именем ученого, который предложил ее реше­ние в середине XX века. В результате появилось выражение «Задача Раппа». В технической литературе до публикаций Раппа (Y. Rapp) был напечатан ряд работ, в которых предлагались интересные способы решения задачи выбора места для установки коммутационной станции.

В последние годы публикации, прямо или косвенно связанные с решением задачи Раппа, появляются крайне редко. Основная при­чина объясняется, по всей видимости, двумя обстоятельствами. Во-первых, для большинства ГТС и СТС редко возникает задача введения новой коммутационной станции. Обычно проблемы Опе­раторов ТфОП заключаются в расширении емкости эксплуатируе­мых коммутационных станций, а также в их замене современными аппаратно-программными средствами. Во-вторых, стоимость сети доступа, построенной с выносными концентраторами, не столь су­щественно зависит от точности выбора места для установки комму­тационной станции.

Это отнюдь не означает, что практическая ценность решения оп­тимизационных задач снижается. По мере эволюции ТфОП изменя­ется характер оптимизационных задач. Очевидно, что необходимо ставить и решать подобные задачи для тех элементов ТфОП, реали­зация которых связана с максимальными затратами Операторов.

Еще одна важная задача, возникающая при установке коммута­ционной станции, - выбор ее оптимальной емкости - N_орt.

На рисунке 2.2 показаны три типичные функции f_j(N), описывающие тенденции-изменения стоимости основных элементов местной те­лефонной сети при изменении ее емкости - N. Все функции опреде­ляют затраты на подключение одного терминала к коммутационной станции.

Суммарные затраты на подключение одного терминала к коммутационной станции - F(N) определяются очевидным соотноше­нием:

 

F(N)=f₁(N)+f₂(N)+f₃(N).                                            (2.1)

 

Для определения оптимальной емкости коммутационной стан­ции необходимо найти производную функции F(N) и приравнять ее нулю. Решение полученного уравнения позволяет получить экстре­мумы функции F(N). Для большинства функций f_j(N), аппроксимиру­ющих стоимостные зависимости отдельных элементов телефонной сети, существует один минимум функции F(N).

 

 

 

Рисунок 2.2 - Затраты на подключение терминала к коммутационной станции

 

Интересны также исследования, связанные с изменением фун­кций f_j(N) при смене технологий передачи и коммутации, а также в случае использования новых сред распространения сигналов. Статистические данные о развитии местных телефонных сетей за рубежом свидетельствуют, что в последнее десятилетие произош­ло заметное смещение величины N_орt вправо.

 

 

3 Лекция.  Оценка необходимых транспортных ресурсов

 

Цель лекции: изучение задачи оценки необходимых транспортных ресурсов.

Содержание

а) модель полнодоступного пучка каналов;

б) первая формула Эрланга (В - формула);

в) показатели качества обслуживания вызова.

 

Одна из первых задач оценки необходимых транспортных ре­сурсов возникла при определении емкости пучка СЛ между двумя коммутационными станциями. Многие специалисты, занимаю­щиеся историей электросвязи, считают, что возникновение теории телетрафика связано именно с этой задачей. В 1917 году датский ученый А.К. Эрланг опубликовал свою работу «Решение некоторых проблем теории вероятностей, особенно важных для автоматичес­ких телефонных станций». В этой работе содержалась формула, которая используется и в наши дни. Она определяет вероятность потери вызова - π в пучке СЛ емкостью V каналов, который обслу­живает нагрузку с интенсивностью Y. Соответствующая модель по­казана на рисунке 3.1 (возможность отказа в самом устройстве комму­тации в этой модели не учитывается). В технической литературе она часто называется моделью полнодоступного пучка каналов. Такое название обусловлено тем, что вызов может быть обслужен любым свободным каналом.

 

 

Рисунок 3.1 - Модель полнодоступного пучка каналов

 

Левая часть рисунка иллюстрирует модель полнодоступного пучка с точки зрения его технической реализации. Терминалы, чис­ленность которых равна N, включены по индивидуальным абонент­ским линиям в некое устройство коммутации. Это устройство при поступлении вызова ищет свободную СЛ. Всего в обслуживании находятся V СЛ. Если все они заняты, то вызов теряется.

В правой части показана модель полнодоступного пучка с точки зрения теории телетрафика. Этот пучок может рассматриваться как система массового обслуживания, на вход которой поступает поток вызовов. В теории телетрафика их принято называть заявками или требованиями. Поток заявок представляет собой случайный про­цесс.

Часто он может быть описан с помощью функции распределения длительности интервалов между поступающими заявками - A(t). Время обслуживания заявок обычно является случайной величи­ной с функцией распределения B(t). С вероятностью π заявка бу­дет потеряна из-за отсутствия свободных СЛ. Это означает, что с вероятностью 1-π вызов будет успешно обслужен пучком СЛ. Оба возможных исхода могут быть представлены функциями распреде­ления P(t) и D(t) соответственно.

А.К. Эрланг исследовал модель полнодоступного пучка, предпо­лагая, что функции A(t) и B(t) являются экспоненциальными:

 

A(t) = 1- e ^{- λt},   B(t) = 1- е ^µt.                          (3.1)

 

Величина λ - интенсивность входящего потока заявок. Она рав­на среднему количеству заявок, поступающих в единицу време­ни. Математическое ожидание (среднее значение) длительности интервалов между моментами поступления соседних заявок (оно обычно обозначается как А⁽¹⁾  или ) определяется следующим соотношением:

 

          А^{(1 )}= = .                                      (3.2)

 

Величина µ - интенсивность обслуживания заявок. Она изме­ряется средним числом заявок, которое обслуживается в единицу времени. Математическое ожидание длительности обслуживания заявок (B⁽¹⁾  или  ) определяется по такой формуле:

 

B⁽¹⁾  = = .                                               (3.3)

 

Переменную λ  иногда определяют произведением интенсивности потока вызовов одного источника - С и числа этих источников - N. Ин­тенсивность поступающей нагрузки - Y с учетом введенных выше обозначений определяется произведением трех величин:

 

Y = NCB⁽¹⁾.                                                     (3.4)

 

Величину интенсивности нагрузки стали оценивать в эрлангах (сокращенно - эрл). Для модели, показанной на рисунке 3.1, А.К. Эр­ланг в 1917 году опубликовал следующую формулу:

 

                                                                  (3.5)

 

Иногда ее называют B-формулой Эрланга или первой формулой Эрланга. Вместо буквы π в ряде монографий встречаются обозначения В и E_V(Y), Как позднее доказал Б.А. Севастьянов, соотноше­ние, полученное А.К. Эрлангом, справедливо для любого закона распределения длительности обслуживания заявок.

Сложность анализа систем телетрафика зависит от вида функций A(t) и B(t), а также от алгоритма обслуживания заявок. Существенен также и способ нормирования показателей качества обслуживания. Если показатель качества обслуживания нормируется только сред­ним значением (математическим ожиданием), то анализ систем телетрафика обычно не сложен. Если нормируется параметр, для которого необходимо знать вид распределения случайной величи­ны, то часто требуются сложные исследования.

Рассмотрим задачу нормирования показателей качества обслуживания в ЧНН. Нормируемые показатели качества обслуживания выбираются так, чтобы они позволяли решить ряд задач. Во-первых, перечень выбранных показателей должен быть достаточен для обеспечения организационных и технических мероприятий, направленных на то, чтобы удовлетворить абонентов ТфОП качеством работы сети. Во-вторых, эти показатели должны контролироваться имеющимися в распоряжении эксплуатационной компании техническими средс­твами. В-третьих, затраты Оператора, связанные с контролем по­казателей качества обслуживания, должны быть приемлемыми с точки зрения допустимой суммарной величины эксплуатационных расходов. На рисунке 32. показана модель, используемая для объяснения ряда принципов, которые эффективны при нормировании показателей качества обслуживания. В модели вводится новый термин - узел коммутации (УК). Он применяется как общее понятие для коммута­ционных станций всех уровней иерархии в ТфОП.

Предполагается, что соединение будет устанавливаться через четыре УК, в каждом из которых реализована «коммутация кана­лов». В ТфОП, использующей эту технологию, была установлена (с учетом мнения абонентов) совокупность показателей качества обслуживания.

В нижней части рисунке 3.2 указаны три показателя: P₀, T₀⁽¹⁾ и R₀ {t_q,>t₀}, которые определяют:

- вероятность потери вызова для сети в целом;

- среднее значение времени установления соединения;

- вероятность того, что время установления соединения t_q - превысит некий уровень - t₀.

 

 

 

Рисунок 3.2 - Модель соединения двух терминалов ТфОП для нормирования показателей качества обслуживания

 

Для соединения, которое показано на рисунке 3.2, необходимо найти допустимую сред­нюю задержку установления соединения в каждом k-ом  УК – Т_k⁽¹⁾. Для соединения, включающего в себя четыре УК, величина задержки равна:

                                         T₀⁽¹⁾  =.                                         (3.6)

 

Простейший способ определения значений T_k⁽¹⁾ состоит в том, чтобы специфицировать их как идентичные. Тогда задача выбора норм для величины T_k⁽¹⁾ решается элементарно:

 

                       T_k⁽¹⁾  = .                                        (3.7)

 

Такому подходу свойственен существенный недостаток. УК, ко­торые участвуют в процессе установления соединения, выполняют разный объем операций, влияющих на время задержки T_k⁽¹⁾. Можно установить весовые коэффициенты так, чтобы учитывался «вклад» каждого УК в суммарную задержку T₀⁽¹⁾ .

Существенно сложнее решить ту же задачу для показателей качества обслуживания вида R₀ {t_q,>t₀}. Такой показатель в некой точке t₀ определяет значение функции распределения времени задержки в процессе установления соединения. Применительно к рассматриваемой модели необходимо найти выражения для функ­ции распределения исследуемой случайной величины -S₀(t). Дли­тельность установления соединения для рассматриваемой модели складывается из четырех компонентов. Каждый компонент - это время, необходимое для выполнения операций в УК.  

4 Лекция. Расчет нагрузки в ТфОП

 

Цель лекции: ознакомление студентов с важным понятием, характеризующим функционирование системы коммутации, нагрузкой, единицами измерения интенсивности нагрузки, основными видами нагрузки, с методом расчета интенсивности абонентской нагрузки.

Содержание:

а) определение нагрузки, интенсивности нагрузки, единицы измерения;

б) виды нагрузки;

в) факторы, влияющие на изменение нагрузки;

г) расчет интенсивности поступающей нагрузки.

 

Нагрузка, а точнее обслуживаемая в момент времени t нагрузка, есть число одновременно обслуживаемых вызовов или, что то же самое, число занятых входов, выходов, линий и приборов в этот момент времени.

Поскольку нагрузка - величина случайная, то при расчетах используют её математическое ожидание.

                                                  

где P_i (t) - вероятность занятия  i линий из v возможных  в момент времени t.

При постоянной вероятности P_i в пределах некоторого промежутка  времени величина Y(t)  будет также  постоянной.

Математическое ожидание нагрузки называется интенсивностью нагрузки. Нагрузка и ее интенсивность измеряется в Эрлангах.

Интенсивность нагрузки  2.5 Эрл. означает, что либо число занятых линий за рассматриваемый промежуток времени в среднем равна 2,5, либо в среднем за рассматриваемый промежуток занято 2,5 линий.

Существует три основных вида нагрузки: поступающая, обслуженная и потерянная.

 

 

 

 

                                       Рисунок 4.1 – Виды нагрузки

 

На рисунке 4.1 А – поступающая нагрузка, У- обслуженная нагрузка и

- потерянная нагрузка.

Поступающую нагрузку А можно только прогнозировать, обслуженную нагрузку У можно измерить, а потерянную можно определить как разность между поступившей и обслуженной

                                              

                                                  =А-У.

 

При измерениях интенсивности нагрузки, ее определяют как среднее число занятых линий в пучке за промежуток времени ().

          На интенсивность нагрузки влияют следующие факторы: структурный состав абонентов (доля квартирного, народнохозяйственного и административного секторов), ритм местной жизни (начало и конец рабочего дня), время суток, день недели, число месяца, месяц года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       Рисунок 4.2 – Распределение нагрузки

 

На рисунке 4.2 приведено приблизительное суточное распределение интенсивности нагрузки для двух секторов абонентов.

При исследовании суточного распределения нагрузки выделяют промежуток длиной в 1 час, когда нагрузка достигает своего максимального значения. Этот час называют часом наибольшей нагрузки (ЧНН).

Кроме того, выделяют промежуток длиной в 3 часа, когда нагрузка достигает своего наибольшего значения. Его называют периодом наибольшей нагрузки (ПНН).

Степень концентрации нагрузки в ЧНН и ПНН оценивается с помощью соответствующих коэффициентов концентрации.

Коэффициент концентрации в ЧНН:

 

, где ,.

 

Коэффициент концентрации в ПНН:

.

 

Чем меньше коэффициент концентрации, тем равномерней загружено коммутационное оборудование, тем меньше его объема требуется для выполнения одной и той же работы.

 

Расчет интенсивности поступающей нагрузки

 

Расчет интенсивности поступающей нагрузки производят по следующей формуле

                                                                                       (4.1)

где А - величина поступающей нагрузки, (эрл.);

- число абонентов i-ой категории;

n - число категории абонентов;

- число вызовов в ЧНН, поступающих от одного абонента i-категории;

 t_i   - средняя длительность одного занятия для i-категории.

При проектировании АТС значения и определяются конкретно для каждого телефонного района с помощью статистических наблюдений.

При расчете рассматриваются следующие основные категории абонентов:

- абоненты квартирного сектора;

- абоненты народнохозяйственного сектора;

- абоненты таксофонов;

- абоненты от соседних линий, учрежденных АТС.

Теперь рассмотрим как определяется величина t_i . Для этого определим

виды занятий.

Занятия бывают успешные и неуспешные. К успешным относятся занятия окончившиеся разговором.

Причинами неуспешных занятий являются:

а) занятость вызываемого абонента;

б) отсутствие ответа вызываемого абонента;

в) ошибки при наборе номера абонента;

г) технические причины.

При расчете нагрузки примем следующие доли различных занятий:

-доля занятий окончившихся разговором (0,4÷0,5);

- доля занятий, не окончившихся разговором из-за занятости вызываемого абонента (0,15÷0,3);

- доля неуспешных занятий из-за неправильного набора (0,1÷0,03);

- доля неуспешных занятий из-за не ответа (0,1÷0,2);

- доля неуспешных занятий по техническим причинам (0,01÷0,02).

При этом сумма всех принятых значений перечисленных величин должна быть равна единице, .

Обозначим через ,средние длительности соответствующих занятий, определим их значения.

Длительность успешного занятия

 

                           ,

где - длительность ответа станции (≈3с.);

- длительность установления соединения (1.5m+2.5c), где m – число цифр в номере;

-сигнал вызова с≈7с;

Т - продолжительность разговора (для каждой категории своя);

- отбой (1с, О с).

Длительность занятия, когда абонент занят:

                                                    ,

где - продолжительность сигнала занято (≈5с).

Средняя длительность, когда нет ответа:

                                       ,

где - средняя длительность, когда нет ответа (≈30с.).

Средняя длительность неуспешного занятия из-за ошибки при наборе номера составляет приблизительно   7с.

           Средняя длительность неуспешного занятия по техническим причинам составляет приблизительно также 7с.

Теперь рассчитывается общая средняя длительность одного занятия по формуле

 

                                  .

 

Данная величина рассчитывается для каждой категории отдельно.

Полученные значения t_i подставляются в формулу (3.1). Получаем значение, поступившей нагрузки в эрлангах.

На практике применяют упрощенной метод расчета нагрузки, в котором определяют среднюю длительность занятия по формуле

 

                                                  t = αp_pt_p ,          

 

где α  - коэффициент непроизводительного занятия коммутационной системы, определяется из диаграммы при известных Т и  p_p [1].

 

5 Лекция. Перспективы сетей подвижной связи

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с перспективами развития сети подвижной связи (СПС).

 

Содержание

а) прогноз развития СПС;

         б) эволюция технологий СПС;

в) основы технологии  4G.

 Лавинообразный рост численности пользователей мобиль­ной связью заставляет более серьезно относиться к кажущемуся утопическим прогнозу развития операторской сети подвижной связи Японии на ближайшее будущее, сделанному Кейджи Тачи-кава - президентом японской сотовой компании DoCoMo - еще на выставке «Телеком-2003» в Женеве. Его прогноз приведен в таблице 5.1.

Этот прогноз, помимо фантастического количественного роста, иллюстрирует также движение от эры коммуникаций «человек - че­ловек» к эре «человек - машина» и даже «машина - машина».

Грандиозность этих новых возможностей обусловлена тем, что в настоящее время планету населяют миллиарды людей, а количест­во микропроцессоров уже составляет десятки миллиардов. Сегод­ня никого не удивляет чип мобильной связи, встроенный в систему охраны автомобиля, завтра не будет удивлять такой же чип, вшитый в ошейник любимой собаки, или обмен данными вашего мобиль­ного телефона с домашним холодильником во время посещения универсама.

 

Таблица 5.1 -  Прогноз развития СПС Японии

 

Люди	130 млн. номеров
Автомобили	100 млн. номеров
Велосипеды	60 млн. номеров
Мобильные персональные компьютеры	50 млн. номеров
Собаки и кошки	20 млн. номеров
Корабли, мотоциклы и пр.	10 млн. номеров
Телевизионные приставки STB	90 млн. номеров
Цифровые фотоаппараты	30 млн. номеров
Видеокамеры	20 млн. номеров
Холодильники	40 млн. номеров
Домашние службы различного значения	30 млн. номеров
Итого	580 млн. номеров

Технические устройства обладают все большими интеллекту­альными возможностями, а одним из свойств интеллектуальности является способность участвовать в коммуникациях. Поскольку мир устройств с возможностями коммуникации разрастается, растет и объем трафика между ними.

По прогнозам авторов сегодняшние разработки приведут к тому, что завтра большая часть трафика будет создаваться меж­машинными коммуникациями, а традиционные коммуникации «человек-человек» составят лишь небольшую часть сетевого тра­фика. Разумеется, та же тенденция имеет место и в фиксированной сети телефонной связи и в еще большей степени - в компьютерных сетях.  

Эволюция технологий СПС

Рассмотрим эволюцию технологий СПС, отметив на логарифмической шкале поддерживаемые ими скорости передачи – рисунке 5.1.

На этом рисунке отмечены годы начала внедрения той или иной технологии, но отнюдь не ее конца. Авторы полагают, что успешно функционирующая сегодня GSM доживет примерно до 2020 года, что параллельно с ней будет развиваться UMTS, что возможности GSM/UMTS в условиях ограниченной мобильности будут расши­ряться технологиями Wi-Fi и WiMAX.

 

Рисунок 5.1 -      Эволюция технологий мобильной связи

В 2011 году ожидаются первые шаги коммерческой эксплуа­тации сетей на основе технологий с многообещающим наимено­ванием LTE (Long-Term Evolution), которые позволят обеспечить скорость передачи данных от 100 и до 300 Мбит/с.

Технологии 4G

Предпосылки мобильных сетей четвертого поколения бази­руются на интеграции широкополосного беспро­водного доступа и глобальной мобильности. Предвестниками 4G можно считать представленные на рис. 20.1 системы с мно­гоканальными входами/выходами MIMO (Multiple Input Multiple Output) и другие средства, позволяющие развивать возможнос­ти мобильной связи. Что касается радиоинтерфейсов, то здесь перспективной представляется технология множественного до­ступа с ортогональным частотным разделением каналов OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), обладающая устойчивостью к ухудшению таких характеристик каналов, как, например, затухание. Для бесшовной интеграции в 4G разрабо­тана технология программно-определяемого радиооборудования SDR (Software-Defined Radio), позволяющая работать с нескольки­ми методами модуляции, скачкообразной перестройкой частоты, безопасностью связи, роумингом и услугами широкополосной мобильной связи. Кроме того, партнерство 3GPP утвердило стан­дарт LTEb качестве 4-го поколения сотовой подвижной радиосвязи. Согласно международному регламенту, для LTE выделено 2 полосы частот. Одна из них совпадает с полосой для сетей UMTS - 2Ггц, вто­рая полоса должна быть расположена в диапазоне 760-870 МГц.

 Здесь же заметим, что в отличие от  поколений 1G, 2G, 3G перспективное поколение 4G не связывается с какой-то одной определенной технологией и рассматривается как технологически независимое. Более того, вышеизложенное демонстрирует 4G как некую конвергенцию «чисто мобильных» технологий типа OFDM и SDR и широкополосных техно­логий Wi-Fi и WiMAX с весьма ограниченной мобильностью.   Следует добавить еще одно принципиальное отличие сетей 4G от 3G: технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G все еще соединяет в себе коммутацию каналов и коммутацию пакетов.

 Задачи расчета сетей подвижной связи, так же, как и сетей связи в целом, могут быть разделены на топо­логические задачи, задачи оценки качества обслуживания и задачи, связанные с расчетом пропускной способности. Однако специфика подвижной связи ведет к определенным, весьма существенным особенностям в задачах расчета СПС.

Эти особенности связаны, в первую очередь, со свойствами радиоинтерфейса (на участке MS - BTS), определяемыми средой с ограниченным частотным ресурсом. Конечная полоса радиоспектра, выделяемого для передачи и приема, приводит к необходимости повторного использования частотных ресурсов (задача частотно-территориального планирования) и к применению перспективных методов модуляции и кодирования (задача повышения пропускной способности системы, отягощенная наличием радиоканала, и, сле­довательно, более низкой помехоустойчивостью, чем в проводных системах связи).

 6 Лекция. Задачи расчета сетей подвижной связи.

 

Цель лекции: ознакомление студентов с задачами расчета сетей подвижной связи.

Содержание:

а) повторное использование частот в СПС;

б) расчет емкости сети подвижной связи;

в) оценка пропускной способности транспортной сети в GPRS.

Повторное использование частот в СПС

 

Основным принципом построения сотовых сетей связи является повторное использование частот.

Принцип повторного использования частот состоит в том, что в соседних (смежных) сотах системы подвижной связи используются разные полосы частот, а в не смежных сотах при достаточном уда­лении их друг от друга используемые полосы частот повторяются. Такой принцип позволяет при ограниченном частотном ресурсе, выделяемом Операторам СПС, охватить сотовой сетью сколь угод­но большую зону обслуживания при достаточном числе абонентов.

Распределение частот между базовыми станциями BTS является одной из подзадач общей задачи частотно-территориального пла­нирования радиосети, включающей в себя также определение мест расположения BTS, выбор типа антенн и высоты их подвеса и определение мощности передатчиков.

В большинстве книг о сотовых сетях связи рассматривают­ся возможные подходы к решению задачи частотно-террито­риального планирования, однако решение этой задачи в пол­ном объеме представляет собой весьма сложную проблему и проводится с использованием специально разработанных паке­тов программ, являющихся собственностью фирм и не публикуе­мых в открытой печати. Рассмотрим только проблему повторного использования частот.

Введем понятие кластер для определения группы сот, в ко­торых используются не совпадающие частотные полосы (или частоты). Кластер характеризуется величиной h, называемой коэффициентом повторного использования частот. На рисунке 6.1 представлена схема размещения сот на обслуживаемой терри­тории для случая, когда параметр h равен 3 ячейкам.

Одинаковыми буквенными символами обозначены ячейки, в которых используются одинаковые полосы частот: (А, В, С). Общее число ячеек, которые используются в этом шаблоне, равно 9.

Из рисунка следует, что h = 3 является минимально возможным значением коэффициента повторного использования частот. При такой структуре кластера влияние сигналов одинаковых частот из соседних кластеров (явление соканальной интерференции) является максимальным.

Очевидно, что чем больше параметр h, тем реже повторяются используемые частоты. Таким образом, для снижения уровня соканальной интерференции расстояние между сотами с одинаковыми частотами в разных кластерах должно быть по возможности большим. С другой стороны, увеличение числа сот в одном кластере ведет к пропорциональному уменьшению частот, используемых в одной соте, и, как следствие, к уменьшению числа абонентов, обслуживаемых в одной соте.

Рисунок 6.1 -    Кластер шаблона h = 3

 

На практике в городах и областях со сплошным сотовым покрытием применяют кластеры, где каждую соту делят на 3 сектора, используя антенны направленного излучения с шириной диаграммы направленности 120°.

Структура кластера с шаблоном 3/9 (три соты кластера делятся на 9 секторов, в каждом из которых используется неповторяющийся в кластере набор частот), показана на рисунке 6.2. При проектировании СПС, кроме шаблона 3/9, используются стандартные шаблоны 4/12 и 7/21.

 

 

Рисунок 6.2 -   Кластер с шаблоном 3/9

 

Базовые станции, в которых разрешено повторное использова­ние частот, удалены друг от друга на расстояние D, измеряемое между центрами шестиугольных ячеек и называемое защитным интервалом. Исходя из геометрических соображений, можно определить параметр D в следующем виде:

                                           D = R,                                   (6.1)

 

где R - радиус окружности, описанной вокруг правильного шестиугольника. Отношение  определяется как коэффициент уменьшения соканальных помех.

Каждой BTS выделяется набор из N каналов для обслуживания абонентов с шириной полосы частот каждого канала, равной F_k.

Тогда общая ширина полосы частот F_S  , занимаемая СПС, соста­вит:

 

                    F_S  = hN F_k..                                     (6.2)

 

Зная общую величину частотного диапазона, выделяемого для определенной сотовой сети, можно определить число каналов в соте:

                                  .                                        (6.3)

 

Расчет емкости сети подвижной связи

Под емкостью сети подвижной связи подразумевается количест­во абонентов А, которое сеть способна обслужить при заданных:

- вероятности потерь P_loss (вероятность отказа в установлении соединения);

- числе физических каналов на соту N;

- числе сот М на территории покрытия.

В системе GSM речь передается в режиме коммутации каналов, поэтому вероятность потерь оценивается в соответствии с В-формулой Эрланга. Вероятность потерь P_loss в сети GSM обычно задается в пределах от 0,01 до 0,05.

Задача расчета емкости системы сотовой связи решается в следующем порядке:

1)  Зная число каналов на соту, можно определить из таблицы для
В-формулы Эрланга допустимое значение интенсивности трафика
Ус в Эрлангах, обслуживаемого в соте при заданной вероятности
P_loss.

2)   Интенсивность нагрузки одного абонента Y_i оценивается в период наибольшей нагрузки при известных средней длительности одного занятия и количестве вызовов. Этот параметр обычно известен при расчетах нагрузки и его величина на начальных этапах развития сетей подвижной связи принимается равной 0, 015 эрл.

3)  Количество абонентов, которые могут быть обслужены в одной
соте, оценивается отношением следующего вида:

.                                                                 (6.4)

4)  Количество абонентов А, которые могут быть обслужены всей
совокупностью М сот (при условии их равномерной загрузки) рав­но:

 

                            А = аМ.                                                    (6.5)

 

Оценка пропускной способности транспортной сети в GPRS

Расчет пропускной способности транспортной сети GPRS (домена PS) определяется требованиями к показателям качества обслуживания, в частности, к величине задержки.

Система GPRS, как и любая сеть связи, моделируется системой массового обслуживания (СМО), и при расчете пропускной способности используются формулы, соответствующие выбранной модели. Поскольку система GPRS использует режим коммутации пакетов, для моделирования такой системы применяются системы с очередями.

Системы с очередями более детально рассмотрим позже (Лекция 9), а здесь мы воспользуемся готовыми результатами для этих систем и применим их для оценки пропускной способности при условии, что среднее время задержки в транспортной сети не превысит допустимое значение.

Используем для моделирования коммутатора GPRS систему M/G/1 (пуассоновский поток на входе, общий вид распределения, времени обслуживания, один обслуживающий прибор, бесконечный размер буфера).

Средняя задержка протокольного блока в такой системе рассчитывается по формуле Хинчина-Полячека:

 

                          ,                                  (6.6)

где  - средняя длина очереди в рассматриваемой системе (в числе протокольных блоков ПБ);

 - интенсивность нагрузки системы M/G/1, разумеется, ρ<1;

λ, µ - значения интенсивности поступления и обслуживания ПБ в системе, соответственно;

           - среднее время обслуживания ПБ в системе;

   -    квадратичный    коэффициент   вариации   времени

обслуживания, равный отношению дисперсии времени обслужива­ния к квадрату его математического ожидания.

Для расчета задержек мы должны знать скорость передачи данных В на выходе узла GPRS, которая определяет интенсивность обслуживания как   , где -   средняя длина ПБ. С другой стороны, если известны нормы средней задержки, то всегда можно найти из уравнения (6.3) требуемую скорость передачи.

Предположим, что на вход коммутатора GPRS поступает пуассоновский поток, время обслуживания распределено по экспоненциальному закону, память бесконечна и используется один выходной канал (система массового обслуживания М/М/1). В этом случае, с учетом значений квадратичного коэффициента вариации, приведенных в таблице 6.1, выражение (6.6) принимает следующий вид:

 

                          ,   ρ < 1.                                 (6.7)

Путем несложных преобразований формулы (6.6) можно получить неравенство для оценки скорости передачи в выходном канале узла GPRS при выбранной модели:

                             В > λ.                                 (6.8)

 

Поскольку узел GPRS обслуживает пакеты, его можно моделировать системой с постоянным временем обслуживания типа M/D/1. Тогда уравнение (6.6) принимает следующий вид:

 

                     ,        ρ < 1.                    (6.9)

 

Из  выражения  (6.9)  можно  получить  приближенную  оценку скорости передачи на выходе узла GPRS:

                                     .                                       (6.10)

Для точного расчета скорости передачи из уравнения (6.6), кроме интенсивности λ (в числе протокольных блоков в единицу времени) и средней длины протокольного блока (в битах на блок), необходимо знать величину квадратичного коэффициента  распределения длин блоков, а также нормы средней задержки.

 

 

7 Лекция. Качество услуг мобильной связи

Цель лекции: ознакомление студентов с задачами определения качества услуг мобильной связи.

Содержание:

а) показатели качества телефонии;

          б) показатели качества услуг передачи коротких сообщений;

в) показатели качества услуг передачи мультимедийных сообщений.

 

В сетях подвижной связи  вопросы оценки качества обслуживания рассматриваются несколько иначе, чем в ТфОП. Разу­меется, есть естественные ограничения зоны приема радиосигна­ла от движущегося абонента СПС и к нему, но проблемы качества обслуживания в мобильной связи этим не ограничиваются.

 Согласно определению, данному в рекомендации ITU-T E.800, под качеством услуг мобильной связи QoS понима­ется суммарный эффект ряда параметров обслуживания, который определяет степень удовлетворения пользователя предоставлен­ным обслуживанием.  

  В Казахстане к сетям мобильной связи разработан документ СТ РК 1784-2008 «Мобильная телекоммуникационная связь. Параметры и показатели качества услуг сотовой связи». Документ устанавливает единые нормы на показатели/параметры качества основных и дополнительных услуг сетей мобильной связи вне зависимости от стандарта мобильной связи, в котором предоставляются услуги.

 Рассмотрим показатели качества услуг телефонии.

Критерий доступа к услуге телефонии характеризуется показателями доступности услуги телефонии и времени установления телефонного соединения.

Доступности услуги телефонии, Service Accessibility Telephony (SA-T), представляет собой вероятность того, что конечный пользователь по запросу может получить доступ к службе подвижной телефонной связи, который ему предлагается посредством отображения индикатора сети на дисплее устройства подвижной сети. Подобный показатель определен Рекомендацией  Е.800 МСЭ-Т для сетей стационарной связи и представляет вероятность того, что по запросу пользователя услуга может быть обеспечена в пределах определенных допусков и при других заданных эксплуатационных условиях.

 Полноту услуг определяет показатель качества передачи речи, Speech Quality (SpQ), который представляет собой количественную меру передачи речи между пользователями в сети подвижной связи в среднем на один вызов.

Непрерывность услуг определяется долей успешных вызовов в сети с коммутацией каналов,  Call Completion Ratio circuit switched (CCR-CS). Количественно этот параметр может быть выражен показателем, представляющим собой вероятность того, что полученная в результате завершенного соединения услуга будет и дальше обеспечиваться при заданных условиях в течении нужной продолжительности времени. В роли дополнительного показателя качества услуг телефонии, определяющего непрерывность предоставляемых услуг, может быть использован параметр относительное число невыполненных соединений (вызовов) в сети с коммутацией каналов, Call Non Completion Ratio circuit switched (CNCR-CS).

Рассмотрим показатели качества услуг передачи коротких сообщений. Критерий доступа к услуге характеризуется показателями доступности услуги SMS и временем задержки доступа.

Доступности услуги SMS, Service Accessibility SMS MO (SA SMS MO). Данный показатель представляет собой вероятность того, что конечный пользователь по запросу может получить доступ к услуге передачи коротких сообщений, который ему предлагается после отображения индикатора сети на дисплее абонентского терминала подвижной связи. В роли дополнительного показателя качества передачи коротких сообщений в сети подвижной связи может быть использован параметр недоступность услуги SMS, Service Non-Accessibility SMS MO (SNA SMS MO).

Время задержки доступа, Access Delay SMS MO (AD SMS MO).  Данный показатель представляет собой временной интервал между временем отправки короткого сообщения в центр передачи коротких сообщений и временем подтверждения от центра передачи коротких сообщений.

Время передачи SMS между конечными пользователям, End-to-end Delivery Time SMS (DT SMS MO), определяет полноту услуг. Данный показатель представляет собой интервал времени между отправкой короткого сообщения в центр передачи коротких сообщений и получением этого короткого сообщения на другом конце линии связи потребителем. Предполагается, что адресат готов принять SMS.

Относительное число выполненных передач SMS в сети с коммутацией каналов, Completion Rate SMS circuit switched (CR SMS CS), характеризует непрерывность услуг. Количественно этот показатель представляет собой вероятность того, что короткое сообщение SMS будет доставлено по месту назначения при заданных условиях. Предполагается, что адресат готов принять SMS.

Рассмотрим показатели качества услуг передачи мультимедийных сообщений.

Доступ к услуге характеризует относительное число неудачно переданных мультимедийных сообщений, время передачи сообщения, относительное число неудачных выборок мультимедийных сообщений, время выборки ММS-сообщений и время доставки сообщения.

Относительное число неудачно переданных мультимедийных сообщений, MMS Send Failure Ratio (MSFR(MO)). Данный показатель представляет собой вероятность того, что конечный пользователь не может передать MMS, хотя запрашивает доступ к услуге путем нажатия кнопки «Передача» абонентского терминала.

 Время передачи сообщения, MMS Send Time MO. Доступ конечного пользователя к услуге MMS предлагается посредством появления индикатора требуемой сети на дисплее абонентского терминального устройства. Количественно этот показатель представляет собой временной интервал между временем нажатия кнопки «Передача» после редактирования MMS-сообщения до окончания его передачи.

Относительное число неудачных выборок мультимедийных сообщений, выраженное в процентах, MMS Retrieval Failure Ratio MT. Данный показатель представляет собой вероятность того, что MMS-сообщение не может быть загружено в мобильный абонентский терминал, который принял уведомление об MMS-сообщении.

Время выборки MMS-сообщения, MMS Retrieval Time MT. Прием MMS-сообщения осуществляется следующим образом: отправленной абонентом сети сообщение пересылается на мобильный терминал конечного пользователя.  

Время доставки сообщения, MMS Delivery Time MТ, временной интервал мажду включением WGR и окончанием загрузки MMS в мобильный терминал конечного пользователя.

Полноту услуги характеризует время доставки MMS между конечными пользователями, MMS End-to-end Delivery Time MO/MT (MEDT/MO-MT). Доступ конечного пользователя к услуге MMS предлагается посредством появления индикатора требуемой сети на дисплее абонентского терминального устройства.  

Относительное число неудачно доставленных уведомлений о мультимедийных сообщениях, выраженное в процентах, MMS Notification Failure Ratio (MNFR (MO)). Количественно этот показатель представляет собой вероятность того, что при обмене мультимедийными сообщениями невозможно доставить уведомление об MMS-сообщении на мобильный терминал адресата (получателя).

Время задержки уведомления об MMS-сообщении, выраженное в секундах, MMS Notification Delay (MND). Данный показатель представляет собой временной интервал между временем поступления мультимедийного сообщения в центр передачи MMSC и временем приема извещения об MMS-сообщении на мобильном терминале адресата.

Относительное число неудачно переданных MMS-сообщений между конечными пользователями, MMS End-to-end Failure Ratio (MEFR). Количественно этот показатель представляет собой вероятность того, что служба обмена мультимедийными сообщениями не может доставить MMS-сообщение после того, как была нажата кнопка «передача» или абонентский терминал не получил уведомления от центра передачи MMSC, подтверждающего успешную передачу MMS.

Все показатели качества рассчитываются по результатам проведения оценочных испытаний и нормируются.

Значение общего суммарного числа контрольных вызовов за все се­ансы испытаний N рассчитывается для каждого направления связи, ука­занного в программе испытаний. Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Доля неуспешных вызовов Р_о оценивается по данным испытаний чис­ла успешных и неуспешных вызовов, создаваемых абонентами сети мо­бильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонен­тов ТфОП.

Значение этого показателя, выраженное в процентах, определяется по формуле

,

(7.1)

где Q - общее суммарное число неуспешных контрольных вызовов за все сеансы испытаний.

Значение Q определяется по методике измерений для каждого на­правления связи, указанного в программе испытаний. Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Доля вызовов с преждевременным разъединением установленного со­единения Р_р оценивается по данным испытаний числа успешных вызовов и вызовов с преждевременным разъединением, создаваемых абонентами сети мобильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонентов ТфОП.

Значение этого показателя, выраженное в процентах, определяется по формуле

,

(7.2)

где R - общее суммарное число контрольных вызовов с преждевремен­ным разъединением за все сеансы испытаний. Значение R определяется по  методике  измерений  для  каждого  направления  связи,  указанного в программе испытаний. Результат расчета заносится в таблицу результа­тов обработки данных испытаний.

Доля вызовов, не удовлетворяющих нормативам по качеству передачи речи, - R_п оценивается по данным испытаний числа вызовов с удовле­творительным и неудовлетворительным качеством передачи речи, созда­ваемых абонентами сети мобильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонентов ТфОП.

Значение показателя, выраженное в процентах, определяется по фор­муле

,

(7.3)

где N_nр - общее суммарное число контрольных вызовов, не удовлетво­ряющих нормативам по качеству передачи речи, за все сеансы испыта­ний.

 Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Доля вызовов, не удовлетворяющих нормативам по величине времени задержки сигнала ответа, - Q_3C0 оценивается по данным испытаний числа вызовов с удовлетворительным и неудовлетворительным временем задержки сигнала ответа, создаваемых абонентами сети мобильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонентов ТфОП.

Значение показателя, выраженное в процентах, определяется по формуле

,

(7.4)

где N_3B - общее суммарное число контрольных вызовов, не удовлетво­ряющих нормативам по величине времени задержки вызова, за все сеан­сы испытаний.

Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Коэффициент восстановления связи – Р_вс рассчитывается как отно­шение числа заявок на восстановление связи, выполненных в норматив­ные сроки, к общему числу выполненных заявок на восстановление связи по формуле

,

(7.5)

где N_кв   - количество заявок, выполненных в контрольные сроки; N_B - обшее количество выполненных заявок.

Доля неправильно тарифицированных соединений - Рн_т , выраженное в процентах, определяется по формуле

,

(7.6)

где N_нт - количество неправильно тарифицированных соединений; N_с - общее количество счетов.

Показатель удовлетворенности организационными аспектами об­служивания определяется по формуле

,

(7.7)

где N_{орг.жалоб} - количество жалоб на организационные аспекты обслужи­вания; N_{аб.сети} - количество абонентов в сети, зарегистрированных к мо­менту произведения расчета.

Показатель удовлетворенности техническими аспектами обслужи­вания определяется по формуле

,

(7.8)

где. N_{тех.жалоб} жалоб - количество жалоб на технические аспекты обслуживания; N_{аб.сети} -  количество абонентов в сети, зарегистрированных к моменту произведения расчета.

 

 

8 Лекция. Эволюция сетей передачи данных

 

Цель лекции: ознакомить студентов с эволюцией сетей передачи данных.

Содержание:

а) определение сети передачи данных;

б) краткая история вычислительных машин:

в) мультипрограммирование;

г) вычислительные системы с удаленными терминалами;

д) глобальные компьютерные сети.

 

Сети передачи данных, называемые также вычислительными или компьютерными сетями, являются результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации — компьютерных и телекоммуникационных технологий (см. рисунок 8.1):

а) с одной стороны, сети передачи данных представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме;

б) с другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

 

 

     
           Рисунок 8.1 -   Эволюция компьютерных сетей

 

Таким образом, компьютерная сеть — это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, которое предоставляет пользователям сети доступ к ресурсам этого набора компьютеров.

Как вам известно, идея компьютера была предложена английским математиком Чарльзом Бэбиджем (Charles Babbage) в середине девятнадцатого века.  Подлинное рождение цифровых вычислительных машин произошло вскоре после окончания второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства.  С середины 50-х годов начался следующий период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы — полупроводниковых элементов. Следующий важный период развития операционных систем относится к 1965–1975 годам. В это время в технической базе вычислительных машин произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров, представителем которого является, например, IBM/360.

В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В эти годы начинается расцвет системного программирования. Из направления прикладной математики, представляющего интерес для узкого круга специалистов, системное программирование превращается в отрасль индустрии, оказывающую непосредственное влияние на практическую деятельность миллионов людей.

В условиях резко возросших возможностей компьютера, связанных с обработкой и хранением данных, выполнение только одной программы в каждый момент времени оказалось крайне неэффективным. Начались разработки в области мультипрограммирования.

Мультипрограммирование — способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находится одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре.

 Прообразом современной сети являются многотерминальные системы. Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию.  Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей — модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержки удаленной работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удаленными терминалами сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных компьютерных сетей, а соответствующее системное программное обеспечение — прообразом сетевых операционных систем.

 Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с момента появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены лишь в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Эти дорогостоящие компьютеры хранили уникальные данные и программы, обмен которыми позволил повысить эффективность их использования.

Но еще до реализации связей "компьютер-компьютер", была решена более простая задача — организация связи "удаленный терминал-компьютер". Терминалы, находящиеся от компьютера на расстоянии многих сотен, а то и тысяч километров, соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса супер-ЭВМ.

И только потом были разработаны средства обмена данными между компьютерами в автоматическом режиме. На основе этого механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными, сетевые службы.

В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в общую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров. Эта сеть, получившая название ARPANET послужила отправной точкой для создания первой и самой известной ныне глобальной сети — Internet. Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных ОС с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами.

В 1974 году компания IBM объявила о создании собственной сетевой архитектуры для своих мэйнфреймов, получившей название SNA (System Network Architecture, системная сетевая архитектура). В это же время в Европе активно велись работы по созданию и стандартизации сетей X.25.

Таким образом, хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно, находящиеся в различных городах и странах. 

 Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и глобальных сетей — телефонных.

Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.

 Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом режиме, и электронной почтой.

Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток — они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным примером таких сетей являются сети X.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскоростные аналоговые каналы, арендуемые у телефонных компаний, были преобладающим типом каналов, соединяющих компьютеры и коммутаторы глобальной вычислительной сети.

Развитие технологии глобальных компьютерных сетей во многом определялось прогрессом телефонных сетей. С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме, что привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих АТС и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH), предназначенная для создания так называемых первичных, или опорных, сетей. Такие сети не предоставляют услуг конечным пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы "точка-точка", соединяющие оборудование другой (так называемой наложенной) сети, которая уже работает на конечного пользователя.

Первоначально технология PDH, поддерживающая скорости до 140 Мбит/с, была внутренней технологией телефонных компаний. Однако со временем эти компании стали сдавать часть своих каналов PDH в аренду предприятиям, которые использовали их для создания собственных телефонных и глобальных компьютерных сетей.

Появившаяся в конце 80-х годов технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) расширила диапазон скоростей

цифровых каналов до 10 Гбит/c, а технология спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) — до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.

Сегодня глобальные сети по разнообразию и качеству предоставляемых услуг догнали локальные сети, которые долгое время лидировали в этом отношении, хотя и появились на свет значительно позже.

 

 

9 Лекция. Задачи расчета сетей передачи данных

           

Цель лекции: ознакомление магистрантов с задачами расчета сетей передачи данных.

Содержание:

а) расчет длительности задержек в узле коммутации пакетов;

б) расчет вероятности потерь в узле коммутации пакетов.

 

В качестве основных параметров качества обслуживания (QoS) в сетях ПД на базе коммутации пакетов рассчитываются задержки и потери (и в узлах сети, и сквозные).  

Расчет длительности задержек в узле коммутации пакетов

Рассматривается задача расчета средней длительности задержек в узле коммутации пакетов. Термин «узел коммутации пакетов» означает здесь и концентратор (статистический мультиплексор), и узел виртуальной коммутации пакетов (сети Х.25, Frame Relay, сети ATM), и маршрутизатор (сети IP). Узел коммутации пакетов может быть представлен в виде элемента с множеством входных каналов и одним выходным каналом (концентратор) или элемента с множеством входных и выходных каналов (коммутатор/ Маршрутизатор). С использованием символики Кендалла такие сетевые элементы могут быть представлены системами массового обслуживания вида G/G/1 или G/G/n (произвольные вероятностные распределения, описывающие и входящий поток заявок (в нашем случае - пакетов или протокольных блоков), и время их обслуживания. (Отметим, что при анализе узлов коммутации пакетов часто используются модели с одним обслуживающим прибором, то есть системы G/G/1).

Средняя длина очереди в системе M/G/1 (пуассоновский поток пакетов на входе, произвольное распределение времени обслуживания) при бесконечном размере буфера рассчитывается по классической формуле Хинчина-Полячека:

              = ρ< 1,                             (9.1)

где

 - нагрузка системы массового обслуживания (отношение интенсивности входящего потока заявок к интенсивности их обслуживания);

   -      квадратичный     коэффициент     вариации распределения времени обслуживания;

D(t_s) - дисперсия распределения времени обслуживания;

   -   среднее   время   обслуживания   протокольного   блока (датаграммы, пакета, кадра, ячейки) в системе.

Для определения средней длительности задержки в системе M/G/1 воспользуемся формулой Литтла:

=.

Тогда средняя длительность задержки определится как:

 

=.                                (9.2)

 

Для расчета средней длины очереди и средней длительности задержки необходимо знать значения дисперсии и математического ожидания (или коэффициента вариации) распределения времени обслуживания протокольного блока (время обслуживания пропорционально длине протокольного блока). В таблице 9.1 приведены выражения для расчета квадратичных коэффициентов вариации некоторых распределений, применяемых при оценке средней длительности задержки в сетях Интернет.

 

Т а б л и ц а 9.1 -  Квадратичные коэффициенты вариации для некоторых распределений

 

Распределение	Коэффициент С
Экспоненциальное (М)	С2 = 1
Эрланга	(k - порядок распределения Эрланга)
Гиперэкспоненциальное (H)	0 < S ≤ (S - параметр гиперэкспоненциального распределения для случая суммы двух экспонент)
Геометрическое (Geom)	C2 = ρi,    0 < ρi <1 (ρi - параметр геометрического распределения)
Постоянное время обслужи­вания заявки (D)	С2 = 0

 

Параметры систем вида G/G/1 с бесконечной памятью не могут быть рассчитаны точно при распределениях параметров входящих потоков, отличных от пуассоновского. Однако существует набор приближенных формул, позволяющих рассчитать очереди и задержки. Ниже приведены формулы для расчета средней длины очереди в системе G/G/1, откуда легко может быть получена средняя длительность задержки:

  ;                         (9.3)

 ;                           (9.4)

     ;                                 (9.5)

где С_а и C_s - квадратичные коэффициенты распределения входящего потока протокольных блоков и времени их обслуживания, соответственно.

Из формул для оценки средних длин очередей (задержек) видно, что в знаменателе каждой формулы присутствует множитель (1 - ρ), который является полюсом уравнения.

 Приближение (9.3) сводится к формуле Хинчина-Полячека, то есть является точным для системы M/G/1. Использование той или иной приближенной формулы для расчета очереди определяется тем, насколько распределение входящего потока отличается от пуассоновского, а также от нагрузки обслуживающего устройства ρ [24].

 

Расчет вероятности потерь в узле коммутации пакетов

Еще одним важным параметром QoS в сетях передачи данных является вероятность потерь пакетов. Имеется ряд факторов, благодаря которым пакеты не доставляются в пункт назначения.

Среди основных причин отметим искажение пакетов в процессе передачи через сеть, превышение «времени жизни» пакетов, а также отброс пакетов в узлах при отсутствии свободного места в буферном накопителе узла.

Последнее явление встречается в том случае, если накопитель имеет конечную емкость памяти. Вероятность потерь определяется как вероятность переполнения буферного накопителя.

В данном разделе рассматривается задача расчета вероятности переполнения памяти в узле, который в общем виде описывается системой массового обслуживания вида G/G/1/N. Начнем с модели простейшей системы с пуассоновским входящим потоком и экспоненциальным распределением времени обслуживания, а затем рассмотрим более общие модели системы массового обслуживания.

Система M/M/1/N. Вероятность переполнения памяти определяется на основе процессов гибели и размножения и равна:

 

.                                              (9.6)

 

 Очевидно, что при значениях ρ<< 1 для системы M/M/1/N может быть использована следующая аппроксимация:

 

 

 

P_loss ≈ P^N.                                                               (9.7)

 

 

Из уравнения (9.7) можно также получить необходимый размер буфера в узле, исходя из вероятности потерь. Решение уравнения относительно емкости буфера N выражается следующей формулой:

 

                             .                              (9.8)

 

Система G/G/1/N. Получение точных решений в замкнутой форме для систем такого типа при известных распределениях входящего потока и времени обслуживания, особенно при конечной емкости накопителя, сопряжено со значительными трудностями. Более эффективным является использование приближенных, но простых в применении оценок, базирующихся на квадратичных коэффициентах вариации входящего потока и времени обслуживания. Приближенная формула для оценки вероятности потерь в системе, если эти параметры распределений входящего потока и времени обслуживания известны, была предложена в середине 70-х годов прошлого столетия В.В. Липаевым и С.Ф. Яшковым и имеет следующий вид:

 

.                           (9.9)

 

Зная распределения входящего потока и времени обслуживания и, таким образом, получив значения квадратичных коэффициентов вариации, можно рассчитать вероятность потерь в довольно сложной системе. Конечно, следует учитывать, что эти оценки будут приближенными, но можно всегда оценить погрешность вычислений, проведя имитационное моделирование выбранной системы, например, с использованием системы ns2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Лекция. Особенности современных услуг связи

 

Цель лекции: ознакомление студентов с целью и задачами дисциплины, с  особенностями инфокоммуникационных услуг, с требованиями к современным сетям связи, с понятием мультисервисной сети.

      Содержание:

а) цели и задачи дисциплины;

б) особенности инфокоммуникационных услуг;

в) требования к сетям связи;

г) понятие сети следующего поколения (ССП) и её базовые принципы.

 

 Наблюдаемые в настоящее время высокие темпы роста объемов предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнозировать их преобладание в сетях связи в ближайшем будущем.

На сегодняшний день развитие инфокоммуникационных услуг осуществляется, в основном, в рамках компьютерной сети Интернет, доступ к услугам которой происходит через традиционные сети связи.

В то же время в ряде случаев услуги Интернет, ввиду ограниченных возможностей ее транспортной инфраструктуры не отвечают современ­ным требованиям, предъявляемым к услугам информационного общества.

В связи с этим развитие инфокоммуникационных услуг требует ре­шения задач эффективного управления информационными ресурсами с одновременным расширением функциональности сетей связи. В свою очередь это стимулирует процесс интеграции Интернета и сетей связи.

 К основным технологическим особенностям, отличающим инфокоммуникационные услуги от услуг традиционных сетей связи, можно отнести следующие:

- инфокоммуникационные услуги оказываются на верхних уровнях модели ВОС (в то время как услуги связи предоставляются на тре­тьем, сетевом уровне);

- большинство инфокоммуникационных услуг предполагает нали­чие клиентской и серверной частей; клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а серверная — на специальном вы­деленном узле сети, называемом узлом служб;

- инфокоммуникационные услуги, как правило, предполагают пе­редачу информации мультимедиа, которая характеризуется высо­кими скоростями передачи и несимметричностью входящего и ис­ходящего информационных потоков;

- для предоставления инфокоммуникационных услуг зачастую необходимы сложные многоточечные конфигурации соединений;

- для инфокоммуникационных услуг характерно разнообразие прикладных протоколов и возможностей по управлению услугами со стороны пользователя;

- для идентификации абонентов инфокоммуникационных услуг может использоваться дополнительная адресация в рамках данной инфокоммуникационной услуги.

Большинство инфокоммуникационных услуг являются «приложе­ниями», т.е. их функциональность распределена между оборудованием поставщика услуги и оконечным оборудованием пользователя. 

К инфокоммуникационным услугам предъявляются такие требова­ния, как:

- мобильность услуг;

- возможность гибкого и быстрого создания новых услуг;

- гарантированное качество услуг.

Большое влияние на требования к инфокоммуникационным услу­гам оказывает процесс конвергенции, приводящий к тому, что инфокоммуникационные услуги становятся доступными пользователям вне зави­симости от способов доступа.

 

Требования к сетям связи

Принимая во внимание рассмотренные особенности инфокоммуникационных услуг, могут быть определены следующие требования к перспе­ктивным сетям связи:

- мультисервисность, под которой понимается независимость тех­нологий предоставления услуг от транспортных технологий;

- широкополосность, под которой понимается возможность гибко­го и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей поль­зователя;

- мультимедийность, под которой понимается способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные ви­део, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонентов в ре­альном времени и использованием сложных конфигураций со­единений;

- интеллектуальность, под которой понимается возможность управ­ления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;

- инвариантность доступа, под которой понимается возможность организации доступа к услугам независимо от используемой тех­нологии;

- многооператорность, под которой понимается возможность уча­стия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с областью деятель­ности.

Существующие сети связи общего пользования с коммутацией кана­лов (ТфОП) и коммутацией пакетов (СПД) в настоящее время не отвеча­ют перечисленным выше требованиям. Ограниченные возможности тра­диционных сетей являются сдерживающим фактором на пути внедрения новых инфокоммуникационных услуг.

С другой стороны, наращивание объемов предоставляемых инфокоммуникационных услуг может негативно сказаться на показателях качества обслуживания вызовов базовых услуг существующих сетей связи.

Все это вынуждает учитывать наличие инфокоммуникационных ус­луг при планировании способов развития традиционных сетей связи в на­правлении создания сетей связи следующего поколения.

 

Понятие сети ССП и ее базовые принципы

В основу концепции построения сети связи следующего поколения положена идея о создании универсальной сети, которая бы позволяла переносить любые виды информации, такие как речь, видео, аудио, графи­ку и т.д., а также обеспечивать возможность предоставления неограни­ченного спектра инфокоммуникативных услуг.

         Сеть связи следующего поколения (Next Generation Net, NGN) - концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений. Предполагает реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи.

Мультисервисная сеть (МС) - это сеть связи, построенная в соответствии с концепцией NGN и обеспечивающая предоставление неограниченного набора услуг.

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от дру­га функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами.

ССП, которая потенциально должна объединить существующие се­ти связи (телефонные сети общего пользования — ТфОП, сети передачи данных — СПД, сети подвижной связи — СПС), обладает следующими характеристиками:

- сеть на базе коммутации пакетов, которая имеет разделенные функции управления и переноса информации, где функции услуг и приложений отделены от функций сети;

- сеть компонентного построения с использованием открытых ин­терфейсов;

- сеть, поддерживающая широкий спектр услуг, включая услуги в реальном времени и услуги доставки информации (электронная почта), в том числе мультимедийные услуги;

- сеть, обеспечивающая взаимодействие с традиционными сетями электросвязи;

- сеть, обладающая общей мобильностью, т.е. позволяющая от­дельному абоненту пользоваться и управлять услугами независи­мо от технологии доступа и типа используемого терминала и пре­доставляющая абоненту возможность свободного выбора постав­щика услуг.

           11 Лекция. Архитектура мультисервисной сети

 

Цель лекции: ознакомление студентов с архитектурой мультисервисной сети.

          Содержание:

а) средства мультисервисной сети;

б) уровень управления услугами;

в) уровень управления коммутацией;

г) транспортный уровень;

д) уровень доступа.

 

 Сложность создания мультисервисной сети заключается в том, что сети фиксированной,  мобильной связи и Internet  построены по разным стандартам и используют индивидуальное программное обеспечение (ПО), что тормозит развитие рынка услуг.

Главная задача телекоммуникационного сообщества – создание такой архитектуры сети, чтобы ПО предоставления услуг не зависело от вида сети или технологии доставки информации.  Для построения мультисервисной сети необходимы следующие средства:

- транспортные каналы и протоколы, способные поддерживать доставку информации любого типа (речь, видео, данные);

- оборудование доступа к такой сети;

- разнообразные терминальные устройства.

Требуется объединить существующие сети разных операторов (традиционные ССОП, сети мобильной связи и IP-сети) в единую сеть. Это же можно назвать конвергенцией существующих сетей, принадлежащих разным операторам, и технологий, что является общепринятым решением проблемы. 

Сегодня еще нет технологий, которые бы полностью удовлетворяли запросам перспективной мультисервисной сети. Однако технологические решения, способные стать ее основой, существуют уже сейчас, то есть можно построить прообраз мультисервисной сети.

 В настоя­щее время наибольшее распространение получила четырехуровневая архитектура ССП:

 

Рисунок 11.1 - Архитектура сети следующего поколения

 

- уровень управления услугами;

- уровень управления коммутацией;

- транспортный уровень;

- уровень доступа.

Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислитель­ную среду, обеспечивающую:

- предоставление инфокоммуникационных услуг;

- управление услугами;

- создание и внедрение новых услуг;

- взаимодействие различных услуг.

Данный уровень позволяет реализовать специфику услуг и приме­нять одну и ту же программу логики услуг вне зависимости от типа транс­портной сети и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить на сети электросвязи любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней.

Уровень управления может включать множество независимых подси­стем («сетей услуг»), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации.

Операторам связи требуются механизмы, позволяющие быстро и гибко развертывать, а также изменять услуги в зависимости от индивиду­альных потребностей пользователей.

Такие механизмы предусмотрены открытой сервисной архитекту­рой OSA (Open Services Access) — основной концепцией будущего разви­тия сетей электросвязи в части внедрения и оказания новых дополни­тельных услуг.

При создании систем на основе OSA должны присутствовать следу­ющие ключевые моменты:

- открытая среда для создания услуг;

- открытая платформа управления услугами.

На протяжении нескольких лет различными организациями предла­галось несколько вариантов реализации концепции OSA, пока в 1998 г. не был сформирован консорциум Parlay Group, который занимается созда­нием спецификаций открытого API (Application Programming Interface), позволяющего управлять сетевыми ресурсами и получать доступ к сете­вой информации.

Архитектура Parlay является одной из практических реализаций кон­цепции OSA .

Как показано на рисунке, разные сети связи имеют различные сете­вые элементы, в частности:

- в сети подвижной электросвязи второго поколения входят SGSN (Serving GPRS Support Node) и MSC (Mobile Switching Center);

- в телефонную сеть общего пользования входит SSP (Service Switching Point) коммутатор услуг в ТфОП;

- в сети подвижной электросвязи третьего поколения входит S-CSCF (Serving Call Session Control Function);

- ведомственные АТС.

Каждый из этих элементов выходит на шлюз (Gateway) по своему протоколу, а задача шлюза по концепции OSA/Parlay состоит в том, что­бы свести все протоколы к единым интерфейсам API. Тогда приложения можно писать без учета особенностей нижележащих сетей, и следует только строго придерживаться интерфейсов API.

Задача уровня управления коммутацией — обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками. Данный уровень поддерживает логику управления, которая необходима для обра­ботки и маршрутизации трафика.

Функция установления соединения реализуется на уровне эле­ментов базовой сети под внешним управлением оборудования про­граммного коммутатора (Softswitch). Исключением являются АТС с функциями контроллера шлюзов (MGC — Media Gateway Controller), которые сами выполняют коммутацию на уровне элемента транспорт­ной сети.

 Softswitch должен осуществлять:

- обработку всех видов сигнализации, используемых в его домене;

- хранение и управление абонентскими данными пользователей, подключаемых к его домену непосредственно или через оборудо­вание шлюзов доступа;

- взаимодействие с серверами приложений для оказания расширен­ного списка услуг пользователям сети.

Более подробно Softswitch будет рассмотрен в следующих Лекциях.

Задача транспортного уровня — коммутация и прозрачная передача информации пользователя.

В ССП операторы получат возможность наращивать объемы услуг, что в свою очередь приведет к росту требований к производительности и емкости сетей транспортного уровня. Основными требованиями к таким сетям являются:

- высокая надежность оборудования узлов;

- поддержка функций управления трафиком;

- хорошая масштабируемость.

Надежность выходит на первое место, так как ССП должны обес­печивать передачу разнородного трафика, в том числе чувствительно­го к задержкам, который ранее передавался с помощью классических систем передачи с временным разделением каналов иерархий SDH или PDH.

В ряде случаев создаваемые транспортные сети будут заменять собой часть инфраструктуры существующих традиционных сетей передачи. Ко­нечно, они должны соответствовать требованиям технических норматив­ных правовых актов, предъявляемым к заменяемой сети.

МСЭ-Т определяет следующие требования к возможностям транспортного уровня:

- поддержка соединений в реальном времени и соединений, нечувствительных к задержкам;

- поддержка различных моделей соединений: «точка-точка», «точ­ка-многоточие», «многоточие-многоточие», «многоточие-точка»;

- гарантированные уровни производительности, надежности, доступности, масштабируемости.

Транспортный уровень ССП рассматривается как уровень, состав­ными частями которого являются сеть доступа и базовая сеть.

Под сетью доступа понимается системно-сетевая инфраструктура, которая состоит из абонентских линий, узлов доступа и систем передачи, обеспечивающих подключение пользователей к точке агрегации трафика (к сети ССП или к традиционным сетям электросвязи).

Для организации уровня доступа могут использоваться различные среды передачи. Это может быть медная пара, коаксиальный кабель, во­локонно-оптический кабель, радиоканал, спутниковые каналы либо лю­бая их комбинация.

Особенностью инфраструктуры ССП является использование универсальной базовой сети, базирующейся на технологиях пакетной коммутации.

Базовая сеть — это универсальная сеть, реализующая функции транспортировки и коммутации. В соответствии с данными функциями базовая сеть представляется в виде трех уровней (см. рисунок 2.3):

- технология коммутации пакетов;

- технологии формирования тракта;

- среда передачи сигналов.

Нижний уровень модели — среда передачи сигналов. Этот уровень должен быть реализован на кабелях с оптическими волокнами (ОВ) или на цифровых радиорелейных линиях (РРЛ).

К уровню доступа относятся:

- шлюзы;

- сеть доступа (сеть электросвязи, обеспечивающая подключение оконечных терминальных устройств пользователя к оконечному узлу транспортной сети);

- оконечное абонентское оборудование.

К технологиям построения сетей доступа относятся:

- беспроводные технологии (Wi-Fi, WiMAX);

- технологии на основе систем кабельного телевидения (DOCSIS, DVB);

- технологии xDSL;

- оптоволоконные технологии (пассивные оптические сети (PON)).

Можно отметить, что с развитием технологий электросвязи стано­вится все проблематичней провести четкую грань между транспортным уровнем и уровнем доступа. Так, например, цифровой абонентский муль­типлексор доступа (DSLAM) может быть отнесен и к тому, и к другому уровню.

 

12 Лекция. Оборудование мультисервисной сети

 

 Цель лекции:  Рассмотреть основные типы оборудования, используемые в сетях сле­дующего поколения.

Содержание:

а) Softswitch;

б) шлюз;

в) терминальное оборудование.

Softswitch

 

Softswitch   реализует функции по логике обработки вызова, доступу к серверам приложения, сбору статистической информации, сигнальному взаимодействию с сетью ТфОП и внутри пакетной сети, управлению установлением соединения и др.

Softswitch является основным устройством, реализующим функции уровня управления коммутацией и передачей информации.

В оборудовании Softswitch должны быть реализованы следующие основные функции:

- функция управления базовым вызовом, обеспечивающая прием и обработку сигнальной информации и реализацию действий по ус­тановлению соединения в пакетной сети;

- функция аутентификации и авторизации абонентов, подключае­мых в пакетную сеть как непосредственно, так и с использовани­ем оборудования доступа ТфОП;

- функция маршрутизации вызовов в пакетной сети;

- функция тарификации, сбора статистической информации;

- функция управления оборудованием транспортных шлюзов;

- функция предоставления ДВО (дополнительных видов обслужи­вания). Реализуется в оборудовании Softswitch или совместно с сервером приложений;

- функция ОАМ&Р: эксплуатация, управление (администрирова­ние), техническое обслуживание и предоставление той информа­ции, которая не нужна непосредственно для управления вызовом и может передаваться к системе управления элементами через ло­гически отдельный интерфейс;

- функция менеджмента: обеспечивает взаимодействие с системой менеджмента сети.

 Основные характеристики Softswitch.

Производительность — максимальное количество обслуживаемых базовых вызовов за единицу времени (как правило, за час). Производи­тельность Softswitch — это одна из главных характеристик, на основе ко­торой должен проводиться выбор оборудования и проектирование сети. Следует понимать, что Softswitch обслуживает вызовы от различных ис­точников нагрузки, каковыми являются:

- вызовы от терминалов, предназначенных для работы в сетях ССП (терминалы SIP и Н.323, а также 1Р-УПАТС);

- вызовы от терминалов, не предназначенных для работы в сетях ССП (аналоговые и ISDN-терминалы) и подключаемых через оборудование резидентных шлюзов доступа;

- вызовы от оборудования сети доступа, не предназначенного для работы в сетях ССП (концентраторы с интерфейсом V5) и под­ключаемого через оборудование шлюзов доступа;

- вызовы от оборудования, использующего первичный доступ (УПАТС) и подключаемого через оборудование шлюзов доступа;

- вызовы от сети ТфОП, обслуживаемые с использованием сигнали­зации ОКС7, с включением сигнальных каналов ОКС7 либо непо­средственно в Softswitch, либо через оборудование сигнальных шлюзов;^:

- вызовы от других Softswitch, обслуживаемые с использованием сигнализации SIP-T.

 Надежность — свойство объекта сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров и способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. Требования по надежности к оборудованию Softswitch характеризуются сред­ней наработкой на отказ, средним временем восстановления, коэффи­циентом готовности, сроком службы. При проектировании сети следует понимать, что выход из строя Softswitch приведет к пропаже всех видов связи в обслуживаемом сетевом фрагменте (домене); поэтому должны быть предусмотрены меры по обеспечению дублирования и защиты обо­рудования.

Шлюзы

Шлюзы (Gateways) — устройства доступа к сети и сопряжения с существующими сетями. Оборудование шлюзов реализует функции по преобразованию сигнальной информации сетей с коммутацией пакетов в сигнальную информацию пакетных сетей, а также функции по преобразова­нию информации транспортных каналов в пакеты IP / ячейки ATM и маршрутизации пакетов IP / ячеек ATM. Шлюзы функционируют на транспортном уровне / уровне доступа.

Для реализации возможности подключения к мультисервисной сети различных видов оборудования ТфОП используются различные про­граммные и аппаратные конфигурации шлюзового оборудования:

- транспортный шлюз (Media Gateway (MG)) — реализация функций преобразования речевой информации в пакеты IP / ячейки ATM и маршрутизации пакетов IP / ячеек ATM;

- сигнальные шлюзы (Signalling Gateway (SG)) — реализация функции преобразования систем межстанционной сигнализации сети ОКС7 (квазисвязный режим) в системы сигнализации пакетной сети (SIGTRAN (MxUA));

- транкинговый шлюз (Trunking Gateway (TGW)) — совместная реали­зация функций MG и SG;

- шлюз доступа (Access Gateway (AGW)) — реализация функции MG и SG для оборудования доступа, подключаемого через интерфейс V5;

- резидентный шлюз доступа (Residential Access Gateway (RAGW)) — реализация функции подключения пользователей, использующих терминальное оборудование ТфОП/ЦСИС к мультисервисной се­ти.

Оборудование транспортного шлюза должно выполнять функции устройства, производящего обработку информационных потоков среды передачи.

Оборудование транспортного шлюза должно реализовывать следую­щий перечень обязательных функций:

 - функцию адресации: обеспечивает присвоение адресов транспортировки IP для средства приема и передачи;

 - функцию транспортировки: обеспечивает согласованную транспортировку потоков среды передачи между доменом IP и доменом сети с коммутацией каналов, включая, например, выполнение процедур преобразования кодировок и эхокомпенсации;

 - функцию трансляции кодека: маршрутизирует информационные транспортные потоки между доменом IP и доменом сети с комму­тацией каналов;

- функцию обеспечения секретности канала среды передачи: гаран­тирует секретность транспортировки информации в направлении к шлюзу и от шлюза;

- функцию транспортного окончания сети с коммутацией каналов: включает реализацию процедур всех низкоуровневых аппаратных средств и протоколов сети;

- функцию транспортного окончания сети пакетной коммутации: включает реализацию процедур всех протоколов, задействован­ных в распределении транспортных ресурсов, на сети пакетной коммутации, в том числе процедуры использования кодеков;

- функцию обработки транспортного потока с пакетной коммута­цией / коммутацией каналов: обеспечивает преобразование между каналом передачи аудиоинформации, каналом передачи факси­мильной информации или каналом передачи данных на стороне сети с коммутацией каналов и пакетами данных (например RTP/UDP/IP или ATM) на стороне сети пакетной коммутации;

- функцию предоставления канала для услуги: обеспечивает такие услуги, как передача уведомлений и тональных сигналов в напра­влении к сети с коммутацией каналов или к сети пакетной комму­тации;

- функцию регистрации использования: определяет и/или регист­рирует информацию о сигнализации и/или информацию о приеме или передаче сообщений, передаваемых в транспортных потоках;

- функцию информирования об использовании: сообщает внешне­му объекту о текущем и/или зарегистрированном использовании (ресурсов);

- функцию ОАМ&Р; 

- функцию менеджмента: обеспечивает взаимодействие с системой
менеджмента сети.

Оборудование сигнального шлюза должно выполнять функции посред­ника при сигнализации между пакетной сетью и сетью с коммутацией ка­налов.

Оборудование сигнального шлюза сигнализации должно реализовывать следующий перечень обязательных функций:

- функцию окончания протоколов уровня, располагающегося ни­же уровня протокола управления вызовом сети с коммутацией каналов;

- функцию секретности сигнальных сообщений: обеспечивает секретность сигнальных сообщений в направлении к шлюзу и от шлюза;

- функцию ОАМ&Р;

- функцию менеджмента: обеспечивает взаимодействие с системой менеджмента сети.

Основными характеристиками шлюзов являются следующие.

Емкость

Определяется как в направлении ТфОП, так и в направлении к па­кетной сети.

В первом случае емкость определяется количеством подключаемых потоков Е1 в направлении сети ТфОП для транспортных шлюзов, а также количеством аналоговых абонентских линий и количеством (S,T)-интер­фейсов для подключения абонентов базового доступа ISDN для резидент­ных шлюзов доступа.

В направлении к пакетной сети емкость определяется количеством и типом интерфейсов. Например, емкость в направлении пакетной сети может составлять один интерфейс Ethernet 100BaseT.

Производительность

Как правило, производительность является достаточной для обслу­живания потоков вызовов, определяемых емкостными показателями обо­рудования.

Терминальное оборудование

Терминальное оборудование — терминальные устройства, используемые для предоставления голосовых и мультимедийных услуг связи и предназначенные для работы в пакетных сетях.

Существует два основных типа терминальных устройств, предназначенных для работы в пакетных сетях: SIP-терминалы и Н.323-терминалы. Данное оборудование может иметь как специализированное аппаратное (standalone), так и программное исполнение (softphone).

Также иногда используется терминальное оборудование на основе протокола MEGACO. Такое терминальное оборудование совмещает в себе функции аналогового телефонного аппарата и шлюза доступа в части преобразования сигнализации по аналоговым абонентским линиям. Его функциональные возможности ограничиваются возможностями аналогового ап­парата, но оно может непосредственно подключаться к пакетной сети.

13 Лекция. Концепция построения мультисервисной сети IMS

 

Цель лекции: ознакомление студентов с общими понятиями концепции и технологии IMS, причинами перехода к данной технологии, с стандартизацией IMS.

      Содержание:

а) общее понятие о технологии IMS;

б) причины перехода к IMS;

в) стандартизация IMS.

 

Общее понятие технологии IMS

Несмотря на постоянно растущую сложность телекоммуникацион­ных устройств и систем, протоколов и приложений, работы в направле­нии создания универсальной сетевой инфраструктуры продолжаются, проходя последовательно этапы узкополосных цифровых сетей инте­грального обслуживания (сетей ISDN), широкополосных сетей ISDN (B-ISDN), сетей следующего поколения (ССП). Наконец, создание концеп­ции IMS — мультимедийной IP-ориентированной подсистемы связи,  или  подсистемы мультимедийных IP-услуг (IP Multimedia Subsystem – IMS), цель которой обеспечить реальную мультисервисность и мультимедийность сетей с предоставлением всего спектра услуг посредством единой платформы. 

Концепция IMS определяет основанную на общераспространенных протоколах семейства TCP/IP архитектуру предоставления сервисов (услуг), которая обеспечивает управление сеансами связи и доставку в рамках этих сеансов любых типов информации – речи, данных, видео, мультимедиа. Принципиально важно то, что в системах, отвечающих концепции IMS, услуги могут предоставляться разными сервис-провайдерами и доставляться до пользователей по различным (проводным и беспроводным) сетям доступа.

В сети IMS пользователь может подписаться на пакет услуг, зарегистрировав для их получения несколько терминалов с различными характеристиками, адресами и типами подключений. Это могут быть: домашний ПК, подключенный к Интернету через DSL-линию или домовую сеть Ethernet; мобильный телефон с включенным сервисом GPRS; ноутбук или карманный ПК, “выходящий на связь” через хот-споты Wi-Fi. Каждый из этих терминалов регистрируется отдельно, но все они ассоциируются с одним пользователем, задающим правила, по которым входящие коммуникационные вызовы будут распределяться между разными терминалами.

Говоря об “общераспространенных протоколах из семейства TCP/IP”, на которых базируется IMS, в первую очередь необходимо выделить SIP. Этот относительно простой протокол предназначен именно для управления сеансами связи (инициация, модификация, завершение), причем он позволяет любому числу пользователей динамически подключаться к сеансу и выходить из него – отсюда широкие возможности по организации всякого рода конференций. Не менее важно и то, что SIP дает возможность динамически в рамках существующего сеанса связи подключать новые типы информации; например, сеанс связи можно начать с текстового чата, потом добавить голосовую связь, а затем при необходимости и видеокартинку. Средства SIP способны при инициации или модификации сеанса связи учитывать характеристики канала доступа и терминала каждого пользователя и задействовать их оптимальным образом. К примеру, для абонента видеотерминала, подключенного по широкополосному каналу, будут доступны все виды связи, вплоть до видео высокого разрешения, а для пользователя старенького мобильника – только базовые (голосовая связь и SMS).

 

Причины перехода к IMS

Концепция IP Multimedia Subsystem (IMS) описывает новую сетевую архитектуру, основным элементом которой является пакетная транспортная сеть, поддерживающая все технологии доступа и обеспечивающая реализацию большого числа инфокоммуникационных услуг. Ее авторство принад­лежит международному партнерству Third Generation Partnership Project (3GPP), объединившему European Telecommunications Standartization Institute (ETSI) и несколько национальных организаций стандартизации.

IMS изначально разрабатывалась применительно к построению мо­бильных сетей 3-го поколения на базе протокола IP В дальнейшем кон­цепция была принята Комитетом ETSI-TISPAN, усилия которого были направлены на спецификацию протоколов и интерфейсов, необходимых для поддержки и реализации широкого спектра услуг в стационарных се­тях с использованием стека протоколов IP.

В настоящее время архитектура IMS рассматривается многими операторами и сервис-провайдерами, а также поставщиками оборудования как возможное решение для построения сетей следующего поколения и как основа конвергенции мобильных и стационарных сетей на платфор­ме IP.

Причину возникновения концепции IMS именно в среде разработ­чиков стандартов для мобильных сетей можно объяснить следующим об­разом.

Как известно, в последние годы операторы стационарных сетей ак­тивно поддерживают переход от традиционных телефонных сетей к ССП, связывая с ними определенные надежды на сокращение операционных расходов и капитальных вложений, а также на развитие новых услуг, ожи­дая, как следствие, существенного повышения доходов.

Естественно, идея построения сетей ССП оказалась привлекатель­ной и для мобильных операторов, которые в последние годы столкнулись с резким падением доходов, что связано, в том числе, и с дерегулировани­ем рынка, ростом конкуренции, тарифными войнами, высоким оттоком абонентов и т. д.

Однако следует признать, что основная технологическая идея сетей ССП — разделение транспортных процессов и процессов управления вы­зовами и сеансами на базе элементов платформы Softswitch — не была поддержана своевременной разработкой соответствующего набора стан­дартов. Это привело к тому, что основные сетевые элементы ССП, поста­вляемые различными производителями, зачастую оказываются несовме­стимыми между собой.

В сетях мобильных операторов, где одним из основных источников доходов является роуминг, такая несовместимость оказывается куда более значительным недостатком, чем в стационарных сетях. Именно это и определило активность международных организаций (в первую очередь ETSI и 3GPP), которые начали разработку новых принципов построения и стандартов мобильных сетей 3G, основываясь на уровневой архитекту­ре ССП.

По существу концепция IMS возникла в результате эволюции сетей UMTS, когда область управления мультимедийными вызовами и сеанса­ми на базе протокола SIP добавили к архитектуре сетей 3G. Среди основ­ных свойств архитектуры IMS можно выделить следующие:

- многоуровневость — разделяет уровни транспорта, управления и приложений;

- независимость от среды доступа — позволяет операторам и сервис-провайдерам конвергировать фиксированные и мобильные сети;

- поддержка мультимедийного персонального обмена информацией в реальном времени (например голос, видео-телефония) и аналогичного обмена информацией между людьми и компьютерами (например игры);

- полная интеграция мультимедийных приложений реального и нереального времени (например потоковые приложения и чаты);

- возможность взаимодействия различных видов услуг;

- возможность поддержки нескольких служб в одном сеансе или организации нескольких одновременных синхронизированных сеансов.

 

         Стандартизация IMS

Стандартизация архитектуры IMS является предметом внимания широкого круга международных организаций, благодаря ключевой роли IMS в эволюции сетей в направлении к ССП. Концепция IMS в ее насто­ящем виде является, главным образом, результатом работ трех междуна­родных организаций по стандартизации — 3GPP, 3GPP2 и ETSI.

Партнерство 3GPP было создано в конце 1998 г. по инициативе ин­ститута ETSI с целью разработки технических спецификаций и стандар­тов для мобильных сетей связи 3-го поколения (сетей UMTS), базирую­щихся на развивающихся сетях GSM.

Партнерство 3GPP2 появилось в 1998 г. также по инициативе ETSI и Международного союза электросвязи (МСЭ) для разработки стандар­тов сетей 3G (сети CDMA-2000) в рамках проекта IMT-2000, созданно­го под эгидой МСЭ. Оно было образовано практически теми же орга­низациями, что и в случае 3GPP. Основным вкладом организации 3GPP2 в развитие стандартов для мобильных сетей 3G явилось распро­странение концепции IMS на сети CDMA2000 (IP-транспорт, SIP-сигнализация), описанное в спецификации под общим названием MultiMedia Domain (MMD).

Оба партнерства разрабатывают стандарты сетей 3G, ориентируясь на широкое применение IP-ориентированных протоколов, стандартизо­ванных Комитетом IETF, и используя основные идеи архитектуры сетей ССП.

Впервые концепция IMS была представлена в документе 3GPP Release 5 (март 2002 г.). В нем была сформулирована основная ее цель — поддержка мультимедийных услуг в мобильных сетях на базе протокола IP — и специфицированы механизмы взаимодействия мобильных сетей 3G на базе архитектуры IMS с беспроводными сетями 2G.

Архитектура сетей 3G в соответствии с концепцией IMS имеет не­сколько уровней (плоскостей) с разделением по уровням транспорта, уп­равления вызовами и приложений. Подсистема IMS должна быть полно­стью независима от технологий доступа и обеспечивать взаимодействие со всеми существующими сетями — мобильными и стационарными, теле­фонными, компьютерными и т. д.

В документе 3GPP Release 6 (декабрь 2003 г.) ряд положений концеп­ции IMS был уточнен, добавлены вопросы взаимодействия с беспроводными локальными сетями и защиты информации (использование клю­чей, абонентских сертификатов).

В релизах 6 и 7 определена идеология осуществления IP-коммуника­ций посредством SIP. В соответствии с ней SIP начинается непосредст­венно с мобильного терминала.

Спецификация Release 7 добавляет две основные функции, которые являются ключевыми в стационарных сетях:

- Network Attachment, которая обеспечивает механизм аутентификации абонентов и необходима в стационарных сетях, поскольку в них отсутствуют SIM-карты идентификации пользователя;

- Resource Admission, резервирующая сетевые ресурсы в стационар­ных сетях для обеспечения сеансов связи.

Работы, направленные на расширение концепции IMS на стацио­нарные сети, проводятся Комитетом TISPAN. Интерес к архитектуре IMS со стороны ETSI привел к созданию новой рабочей группы (2003 г.), объ­единившей известную группу TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks) и Технический комитет SPAN (Services and Protocols for Advanced Networks), который отвечает за стан­дартизацию стационарных сетей.

Новая группа, получившая название TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking), отвечает за стандартизацию современных и перспективных конверги­руемых сетей, включая VoIP и ССП, а также все, что связано с архитек­турой IMS.

 

 

 

 

 

14 Лекция. Архитектура IMS

 

Цель лекции: ознакомление студентов с  архитектурой IMS,  сравнительный анализ Softswitch и IMS.

      Содержание:

а) архитектура IMS;

б) причины перехода к IMS;

в) стандартизация IMS.

 

Архитектура IMS

Принцип, на котором строится концепция IMS, состоит в том, что доставка любой услуги никаким образом не соотносится с коммуникаци­онной инфраструктурой (за исключением ограничений по пропускной способности). Воплощением этого принципа является многоуровневый подход, используемый при построении IMS. Он позволяет реализовать независимый от технологии доступа открытый механизм доставки услуг, который дает возможность задействовать в сети приложения сторонних поставщиков услуг.

Один из двух основных логических блоков IMS (см. рисунок 14.1) – блок управления сеансами связи (Call Session Control Function – CSCF), или SIP-серверы. Их основная задача – обработка SIP-запросов с целью организации сеансов мультимедиасвязи между пользователями. Они “следят” за выполнением правил безопасности и выделением необходимых ресурсов для предоставления различных услуг. В задачи CSCF входит управление другими сетевыми элементами для надлежащего обслуживания пользователей (медиашлюзами, пограничными устройствами и т. п.). Логически серверы управления сеансами связи делятся на три группы: Serving-CSCF (S-CSCF), Proxy-CSCF (P-CSCF) и Interrogating-CSCF (I-CSCF).

Второй по важности блок IMS – это абонентская база данных (Home Subscriber Server — HSS). В первом приближении HSS можно сравнить с используемым в сотовых сетях регистром HLR, в котором хранится информация об активных абонентах и их местонахождении. Однако функции HSS значительно шире. Это база данных с информацией не только по абонентам мобильных сетей, но и по абонентам сетей фиксированной связи (как уже отмечено выше, для IMS неважно, каким способом подключен абонент). В ней хранится информация о разнообразных предпочтениях абонента, например, по переадресации и фильтрации вызовов, оповещении и сообщениях голосовой почты, персональная адресная книга (buddy list) для рассылки сообщений и организации конференций. Также на сервере HSS есть все необходимые данные для учета доступности/статуса (presence) и местонахождения (location) абонента. Вместо устаревшего протокола Radius для взаимодействия между HSS и серверами CSCF используется протокол Diameter, стандартизованный организацией IETF. Помимо других усовершенствований, в Diameter предусмотрена поддержка функции тарификации, в том числе и для оказания популярных услуг с предоплатой (prepaid).

 

Рисунок 14.1 – Упрощенная схема архитектуры IMS

 

На схеме также показаны еще два важных элемента архитектуры IMS: отвечающие за управление медиашлюзами (Breakout Gateway Control Function – BGCF, или Media Gateway Control Function – MGCF) и обработку медиапотоков (Media Resource Function – MRF). Если к сеансу связи надо подключить абонента, находящегося в сети с коммутациией каналов (сеть сотовой связи или ТфОП), блок BGCF/MGCF обеспечивает доведение до нее соответствующей сигнальной информации. При необходимости он преобразует сигнальные сообщения из формата SIP в формат ISUP. Подобная функциональность типична для коммутаторов softswitch, но в архитектуре IMS она выделена в отдельный логический элемент.

Системы MRF обеспечивают обработку медиапотоков, передаваемых между серверами приложений и конечными устройствами. Их функции – проигрывание различных голосовых сообщений, транскодирование информационных потоков, “смешивание” речевых/видеопотоков в конференцию и т. п. На предоставленной упрощенной схеме показаны только основные элементы IMS (см. рисунок 14.1).

Сервисная архитектура представляет собой набор логических функций, которые можно разделить на три уровня: уровень абонентских устройств и шлюзов, уровень управления сеансами и уровень приложений.

Уровень абонентских устройств и транспорта

На этом уровне инициируется и терминируется сигнализация SIP, необходимая для установления сеансов и предоставления базовых услуг, таких как преобразование речи из аналоговой или цифровой формы в IP-пакеты с использованием протокола RTP (Realtime Transport Protocol). На этом уровне функционируют медиашлюзы, преобразующие базовые потоки VoIP в телефонный формат TDM. Медиасервер предоставляет различные медиасервисы, в том числе конференц-связь, воспроизведение оповещений, сбор тоновых сигналов, распознавание речи, синтез речи и т.п. Ресурсы медиасервера доступны всем приложениям, т.е. любое приложение (голосовая почта, бесплатный номер 800, интерактивные VXML-сервисы и т.д.), которому необходимо воспроизвести оповещение или получить цифры набранного номера, может использовать общий сервер. Медиасерверы также поддерживают и нетелефонные функции, например, тиражирование голосовых потоков для оказания сервиса мгновенной многоточечной связи (PTT). 

Уровень управления вызовами и сеансами

На этом уровне располагается функция управления вызовами и сеансами CSCF (Call Session Control Function), которая регистрирует абонентские устройства и направляет сигнальные сообщения протокола SIP к соответствующим серверам приложений. Функция CSCF взаимодействует с уровнем транспорта и доступа для обеспечения качества обслуживания по всем сервисам. Уровень управления вызовами и сеансами включает сервер абонентских данных HSS (Home Subscriber Server), где централизованно хранятся уникальные сервисные профили всех абонентов. Профиль содержит текущую регистрационную информацию (например, IP-адрес), данные роуминга, данные по телефонным услугам (например, номер переадресации), данные по обмену мгновенными сообщениями (список абонентов), параметры голосовой почты (например, приветствия) и т.д. Централизованное хранение позволяет различным приложениям использовать эти данные для создания персональных справочников, информации о присутствии в сети абонентов различных категорий, а также совмещенных услуг. Централизация также существенно упрощает администрирование пользовательских данных и гарантирует однородное представление активных абонентов по всем сервисам.

На уровне управления вызовами и сеансами также располагается функция управления медиашлюзами MGCF (Media Gateway Control Function), которая обеспечивает взаимодействие сигнализации SIP с сигнализацией других медиашлюзов (например, H.248). Функция MGCF управляет распределением сеансов по множеству медиашлюзов, для медиасерверов это выполняется функцией MSFC (Media Server Function Control).

Уровень серверов приложений

Этот уровень содержит серверы приложений, которые обеспечивают обслуживание конечных пользователей. Архитектура IMS и сигнализация SIP обеспечивают достаточную гибкость для поддержки разнообразных телефонных и других серверов приложений. Так, разработаны стандарты SIP для сервисов телефонии и сервисов IM.

Верхний уровень эталонной архитектуры IMS содержит набор сер­веров приложений, которые, в принципе, не являются элементами IMS. Эти элементы верхней плоскости включают в свой состав как мультиме­дийные IP-приложения, базирующиеся на протоколе SIP, так и прило­жения, реализуемые в мобильных сетях на базе виртуальной домашней среды.

Архитектура приложений IMS достаточно сложна, но ключевым моментом здесь является высокая гибкость при создании новых и интегра­ции с традиционными приложениями. Например, среда пересылки сооб­щений может интегрировать традиционные свойства телефонного вызо­ва, например обратный вызов и ожидание вызова, с вызовом Интернет. Чтобы сделать это, архитектура IMS позволяет запустить множество услуг и управлять транзакциями между ними.

1) SCIM (Service Capability Interaction Manager) — обеспечивает управление взаимодействием плоскости приложений и ядра IMS.

2) SIP AS (SIP Application Server) — сервер приложений, служащий для выполнения услуг, базирующихся на протоколе SIP Ожидает­ся, что все новые услуги в IMS будут находиться именно в сервере SIP AS.

3) OSA-SCS (Open Service Access — Service Capability Server) — сервер возможных услуг, который обеспечивает интерфейс к услугам, базирующимся на открытом доступе услугам (OSA — Open Service Access). 

4) IM-SSF (IP Multimedia — Service Switching Function) — сервер коммутации услуги, служит для соединения подсистемы IMS с услуга­ми в системе приспособленных к пользователю приложений для улучшения логики мобильной сети (CAMEL — Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic). 

5) TAS (Telephony Application Server) — сервер телефонных прило­жений принимает и обрабатывает сообщения протокола SIP, a также определяет, каким образом должен быть инициирован ис­ходящий вызов. Сервисная логика TAS обеспечивает базовые сервисы обработки вызовов, включая анализ цифр, маршрутиза­цию, установление, ожидание и перенаправление вызовов, конференц-связь и т.д. 

6) HSS (Home Subscriber Server) — сервер домашних абонентов — аналогичен элементу сетей GSM — серверу HLR (Home Location Register) — является базой пользовательских данных. Сервер HSS обеспечивает открытый доступ в режиме чте­ния/записи к индивидуальным данным пользователя, связан­ным с услугами. Доступ осуществляется из различных точек окончания — таких как телефон, приложения Web и SMS, теле­визионные приставки типа set-top box и т. д. 

 

 

 

15 Лекция. Общая характеристика мультимедийного трафика

 

Цель лекции: ознакомление студентов с  понятием мультимедийного трафика, с его классификацией, с вопросами параметризации трафика.

      Содержание:

а) классификация мультимедийного трафика;

 б) общий подход к параметризации мультимедийного трафика.

 

Классификация мультимедийного трафика

Мультимедийный трафик. Под мультимедийным трафиком понимается цифровой поток данных, который содержит различные виды сообщений, воспринимаемых органами чувств человека (обычно звуко­вая и/или видеоинформация). Мультимедийные потоки данных пере­даются по телекоммуникационным сетям с целью предоставления удаленных интерактивных услуг. Наиболее распространенными на се­годняшний день мультимедийными услугами, предоставляемыми пользователям сети, являются: видеотелефония, высокоскоростная передача мультимедийных данных, IP-телефония, цифровое телеви­зионное вещание, мобильная видеосвязь и цифровое видео по запро­су.

В зависимости от типа предоставляемого сервиса выделяются две основные категории мультимедийного трафика:

1) трафик реального времени, предоставляющий мультимедийные услуги для передачи информации между пользователями в реальном масштабе времени;

2) трафик обычных данных, который образуется традиционными распределенными услугами современной телекоммуникационной се­ти, таких, как электронная почта,  передача файлов, виртуальный терминал, удаленный доступ к базам данных и др.

  В качестве примеров услуг, генерирующих трафик реального времени, можно привести следующие. 

IP-телефония. Данный сервис осуществляет передачу голосового трафика (речи) между двумя абонентами сети, в которой, в качестве сетевого, используется протокол IP (Internet Protocol). Для организа­ции сервиса «IP-телефония» могут быть использованы локальные, корпоративные, глобальные сети, а также сеть Интернет. 

Высококачественный звук. Под «высококачественным звуком» понимается такой сервис, который осуществляет передачу и вещание высококачественного звука, например, музыки, концертов и т.д.

Видеотелефония. Данный сервис осуществляет передачу чело­веческой речи вместе с его изображением невысокого качества меж­ду двумя абонентами. 

Видеоконференция. Данный сервис осуществляет передачу го­лосового и видеотрафика между группой абонентов, причем звуковые и видеосигналы передаются по сети независимо один от другого (по разным транспортным соединениям), их синхронизация на приеме обеспечивается соответствующим протоколом транспортного уровня.

Дистанционное медицинское обслуживание. Данный сервис обеспечивает проведение дистанционного медицинского обследова­ния, диагностики и консультации больных. 

Видеомониторинг. Данный сервис осуществляет видеонаблюде­ние помещений, применяется для охраны территорий различного на­значения, оперативной сигнализации о различных нештатных ситуа­циях. 

Вещание радио и телевизионных программ. Данный сервис осуществляет вещание обычных радио- и телевизионных каналов по цифровой телекоммуникационной сети.

Цифровое телевидение. Данный сервис осуществляет вещание высококачественного цифрового телевидения (художественных фильмов, музыкальных видеоклипов, спортивных трансляцией) по запросу клиентов.

Общий подход к параметризации мультимедийного трафика

Имеется множество моделей описания трафика в различных телекоммуникационных сетях.

В общем случае мультимедийный трафик некоторой услуги представляется в виде случайного процесса. Пусть мгновенное значение трафика - есть число блоков информации, которое генерирует соответствующий сервис в единицу времени. Тогда в наиболее общем случае случайный процесс B(t) описывается семейством функции распределения F_в(t)(х), где

F_в(t) (х) = Вер {B(t) Фх}.

 

 Для параметризации мультимедийного трафика, как правило, используется ряд характеристик, которые определены рекомендациями ITU-T. Эти характеристики описывают интегральные параметры случайного процесса 6(f), пример реализации которого приведен на рисунке 15.1.

К характеристикам трафика, который генерируется различными мультимедийными услугами, относятся следующие:

-       значения трафика (мгновенное, максимальное, пиковое, среднее и минимальное), бит/с;

-       коэффициент пачечности трафика (пульсация);

-       средняя длительность пикового трафика;

-       средняя длительность сеанса связи;

-       форматы элементов трафика;

-       максимальный, средний, минимальный размеры пакета;

-       интенсивность трафика запросов.

Максимальное значение трафика . Максимальное число блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу времени, определяется как:

 = maxB(f).

 

 

Рисунок 15.1 - Основные параметры мультимедийного трафика

 

Пиковое значение трафика. Трафик соответствующего сервиса, который превышает установленный для него пиковый порог .

Среднее значение трафика . Среднее число блоков информа­ции, которое соответствующий сервис генерирует в единицу времени, определяется как.

=,

где T^(s) - длительность сеанса связи.

Минимальное значение трафика v. Минимальное число блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу нремени,определяется как

v = minB(f).

^t

Коэффициент пачечности трафика К. Определяется как отноше­ние между максимальным и средним трафиком соответствующего сервиса. Коэффициент пачечности вычисляется по формуле:

,

Средняя длительность пика . Средняя длительность интер­вала времени, в течение которого, соответствующий сервис генери­рует пиковый трафик, вычисляется по формуле:

,

 

где  -   число пиков в течение сеанса связи; 

 - длительность i-пика процесса B(t);

i = 1, N^(Р), а длительность i-пика определяется выражением

 = ,

где - моменты начала и окончания i-пика, которые определяются следующими выражениями:

 

= min t,    = min t,   где  ,  = 0.

Перечисленные выше параметры используются для описания графика соответствующего сервиса в течение одного сеанса связи с абонентом сервиса.

Интенсивность запросов λ на получение обслуживания абонен­тами сети у соответствующего сервиса определяется как среднее число поступивших запросов на обслуживание в единицу времени.

Средняя длительность сеанса связи  - средняя продолжи­тельность интервала времени, в течение которого соответствующий сервис обслуживает поступивший запрос.

Максимальный размер пакета - максимальный размер элемен­та трафика в битах (элемент трафика передается адресату как еди­ное целое).

 

Т а б л и ц а 15.1 -  Параметры трафика мультимедийных услуг                                   

Тип мультимедийного сервиса	Параметры мультимедийных трафиков
	, Мбит/с	, Мбит/с	К	T(р) , с	T(s) , с	λ, сеанс/сут
IP-телефония	0,064	0,064	1	100	100	5
Высококачествен­ный звук	1	1	1	53	53	3
Видеотелефония	10	2	5	1	100	6
Видеоконференция	10	2	5	1	1000	6
Дистанционное ме­дицинское обслужи­вание	10	2	5	1	1000	3
Видеомониторинг	10	2	5	-	-	6
Вещание радио и телевизионных про­грамм	34	34	1	-	-	6
Цифровое телевидение	34	34	1	-	5400	6

 

Средний размер пакета - средний размер элемента трафика в битах.

Минимальный размер пакета s - минимальный размер элемента трафика в битах.

Некоторые типичные параметры трафика, генерируемого соответ­ствующими источниками, приведены в таблице 15.1.

 

 

16 Лекция. Понятие о самоподобном (фрактальном) трафике

 

Цель лекции: ознакомить с понятием самоподобного трафика, коэффициентом Хёрста, критерием самоподобности.

Содержание:

а) самоподобность трафика сетей с пакетной передачей данных;

б) понятие фрактала и самоподобия;

в) параметр Хёрста.

 

При проектировании, запуске и эксплуатации телекоммуникационных сетей одной из основных проблем является задача обеспечения качества обслуживания. До недавнего времени решение данной задачи при проектировании систем распределения информации обеспечивала теория телетрафика, которая является одной из ветвей теории массового обслуживания, и появилась в результате работ А.К. Эрланга, Т. Энгсета, Г. О.Делла, К. Пальма, А.Я. Хинчина и др.

Данная теория хорошо описывает процессы, происходящие в таких системах распределения информации, как телефонные сети, построенных по принципу коммутации каналов. Наиболее распространенной моделью потока вызовов (данных) в теории телетрафика является простейший поток (стационарный, ординарный поток без последействия). Настоящий период бурного развития высоких технологий привел к появлению и повсеместному распространению сетей с пакетной передачей данных, которые постепенно стали вытеснять системы с коммутацией каналов, но, по-прежнему, они проектировались на основе общих положений теории телетрафика.

Однако, в 1993 году группа американских исследователей W.Leland,

M.Taqqu, W.Willinger и D.Wilson опубликовали результаты своей новой работы, которая в корне изменила существующие представления о процессах, происходящих в телекоммуникационных сетях с коммутацией пакетов. Эти исследователи изучили трафик в информационной сети корпорации Bellcore и обнаружили, что потоки в ней нельзя аппроксимировать простейшими и, как следствие, они уже имеют совершенно иную структуру, чем принято в классической теории телетрафика. В частности, было установлено, что трафик такой сети обладает так называемым свойством самоподобия., т.е. выглядит качественно одинаково при почти любых масштабах временной оси, имеет память (последействие), а также характеризуется высокой пачечностью. В результате теоретический расчет параметров системы распределения информации, предназначенной для обработки такого трафика, по классическим формулам дает некорректные и неоправданно оптимистические результаты.

Более того, привычные алгоритмы обработки трафика, созданные для работы с простейшими потоками, оказываются недостаточно эффективными для потоков с самоподобием. Таким образом, образовалась  проблема самоподобия телетрафика, которой за последние 16 лет посвящено более тысячи работ и которая до сих пор не утратила своей актуальности.

Понятие фрактал было впервые введено Бенуа Мандельбротом в 1975 году. Слово образовано от латинского слова fractus – состоящий из фрагментов. С математической точки зрения фрактальный объект, прежде всего, обладает дробной (нецелой) размерностью.

Известно, что точка имеет размерность, равную нулю. Отрезок прямой и окружность, характеризующиеся протяженностью (длиной), имеют размерность, равную единице. Круг и сфера, характеризующиеся площадью, имеют размерность два. Для описания множества с размерностью 1.5 требуется нечто среднее между длиной и площадью.

Другое важное свойство, которым обладают почти все фракталы – свойство самоподобия (масштабная инвариантность). Фрактал можно разбить на сколь угодно малые части так, что каждая часть окажется просто уменьшенной частью целого. Другими словами, если посмотреть на фрактал в микроскоп, то мы увидим ту же самую картинку, что и без микроскопа (см. рисунок 16.1). Природа создавала фракталы на протяжении миллионов лет. Фактически большинство объектов в природе – не круги, квадраты или линии. 

 

 

 

               Рисунок 16.1 -  Примеры фрактальных объектов

 

В самоподобном трафике присутствует некоторое количество достаточно сильных выбросов на фоне относи­тельно низкого среднего уровня, что значительно увеличивает задержки и джиттер при прохождении самоподобного трафика через сеть, даже в случаях, когда средняя интенсивность трафика намного ниже потенциально достижимой скорости передачи в данном канале.

Самоподобные процессы относятся к процессам с длинной памя­тью, что позволяет предсказать их будущее, зная относительно не­давнее прошлое. Заметим, что прогнозирование телетрафика чрез­вычайно важно при разработке алгоритмов работы сетей, обеспечи­вающих повышение качества обслуживания (QoS). Для провайдеров услуг прогнозирование загрузки сетей позволяет планировать их своевременное развитие.

К настоящему времени показано, что самоподобной структурой обладает трафик в проводных сетях при использовании широко распространенных протоколов Ethernet, OKC 7, VoIP, TCP и др. Анало­гичные эффекты обнаружены в сотовых телефонных сетях с комму­тацией пакетов. Опубликованы исследования, результаты которых подтверждают наличие самоподобных свойств и в трафике со­временных телекоммуникационных сетей, использующих технологии беспроводного доступа IEEE 802.116.

 В технической литературе вместо термина "фрактальность" иногда используют слово "самоподобность" – перевод с английского "self-similarity". Аналогично, вместо термина "долговременная зависимость" (long-term dependence) употребляется слово "персистентность" (калька с английского "persistence").

 Параметр Хёрста

Для практического выявления свойств фрактальности предложен параметр Хёрста (Hurst). Он назван по фамилии автора этой идеи. Параметр Хёрста  (Н) определяет степень самоподобия.

Исследуя по летописям за 800 лет годы разливов Нила, Хэрст обнаружил, что существовала тенденция, когда за годом хорошего на­воднения следовал еще один плодородный год, и, наоборот, за годом малой воды следовал еще один «голодный» год. Другими словами, казалось, что появление голодных и плодородных лет - неслучайно. Для подтверждения данного факта Хэрст ввел коэффициент 0 < Н < 1, который в его честь сейчас называется параметром (экспонентой) Хэрста. В случае независимости друг от друга уровней ежегодных разливов, логично было бы представить процесс разливов обычным броуновским движением с независимыми приращениями, при этом параметр Хэрста Н = 0,5. Однако, как обнаружил Хэрст, для Нила Н = 0,7.

Проверка на самоподобность и оценка показателя Хёрста Н являются сложной задачей. В реальных условиях всегда оперируют с конечными наборами данных, поэтому невозможно проверить, является или нет трафик самоподобным по определению. Следовательно, необходимо исследовать различные свойства самоподобности в реальном измеренном трафике. При этом возникают следующие проблемы:

1) Даже если подтверждаются свойства самоподобности, нельзя сразу делать вывод, что проанализированные данные имеют самоподобную структуру. Следует говорить  о самоподобной структуре в заданном масштабном диапазоне для заданного набора данных.

2) Оценка показателя Хёрста зависит от многих факторов, таких как методика оценки, размер выборки, масштаб времени и т.д.

Одним из способов вычисления коэффициента Н является анализ так называемой R/S статистики (нормированного размаха).

Для выборочного случайного набора  определяют выборочное среднее, выборочную дисперсию и интегральное отклонение:

                       .    (16.1)

 Изменчивость случайного процесса на интервале  определяется как неубывающая функция длины следующего интервала (для ):

                                     .                                         (16.2)

Хёрст показал, что для многих естественных процессов справедливо соотношение такого вида:

                      .           (16.3)

  Следует заметить, в случае 0,5 < Н < 1 говорят о персистентном (поддерживающемся) поведении процесса либо о том, что процесс об­ладает длительной памятью. Другими словами, если в течение неко­торого времени в прошлом наблюдались положительные приращения процесса, т.е. происходило увеличение, то и впредь в среднем будет происходить увеличение. Иначе говоря, вероятность того, что процесс на i + 1 шаге отклоняется от среднего в том же направлении, что и на i шаге настолько велика, насколько параметр Н близок к 1. То есть персистентные стохастические процессы обнаруживают четко выражен­ные тенденции изменения при относительно малом «шуме».

В случае 0 < Н < 0,5 говорят об антиперсистентности процесса. Здесь высокие значения процесса следуют за низкими, и наоборот. Дру­гими словами, вероятность того, что на i+ 1 шаге процесс отклоняется от среднего в противоположном направлении (по отношению к отклонению на i шаге) настолько велика, насколько параметр Н близок к 0.

При Н = 0,5 отклонения процесса от среднего являются действи­тельно случайными и не зависят от предыдущих значений, что соот­ветствует случаю броуновского движения.

 

Список   литературы 

1. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи: Учебник для ВУЗов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010.

2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети: Принципы, технологии, протоколы. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008.

3. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

4. Лагутин В.С., Степанов С.Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000.

5. Битнер В.И., Попов Г.Н. Нормирование качества телекоммуникационных услуг -  М.: Горячая линия - Телеком, 2004.

6. Бабков В.Ю. Полынцев П.В., Устюжанин В.И. Качество услуг мобильной связи. Оценка, контроль и управление – М.: Радио и связь, 2007.

7. Тихвинский В.О., Терентьев С.В. Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS. – М.:Эко-Трендз, 2007.

8. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 3. – Мультисервисные сети / В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов, А.Ф. Ярославцев; под ред. проф. В.П. Шувалова. – М.: Горячая линия Телеком, 2005.

9. Гольштейн А.Б., Гольштейн Б.С. SOFTSWICHT - СПб.: БХВ-Петербург, 2006.

 

 

Содержание

 

Введение                                                                                                                     3

1 Лекция. Цели и задачи дисциплины                                                         4

2 Лекция. Задачи анализа и проектирования ТфОП                                              6

3 Лекция. Оценка необходимых транспортных ресурсов                                   10

4 Лекция. Расчет нагрузки в ТфОП                                                                       14

5 Лекция. Перспективы сетей подвижной связи                                                  18

6 Лекция. Задачи расчета сетей подвижной связи                                               21

7 Лекция. Качество услуг мобильной связи                                                         26

8 Лекция. Эволюция сетей передачи данных                                                       31

9 Лекция. Задачи расчета сетей передачи данных                                               35

10 Лекция. Особенности современных услуг связи                                            39

11 Лекция. Архитектура мультисервисной сети                                                  42

12 Лекция. Оборудование мультисервисной сети                                               46

13 Лекция. Концепция построения мультисервисной сети IMS                        50

14 Лекция. Архитектура IMS                                                                                 54

15 Лекция. Общая характеристика мультимедийного трафика                         58

16 Лекция. Понятие о самоподобном (фрактальном) трафике                           62

 

                                                                                                                                                                                                                                      Сводный план 2011 г., поз. 345