Модели и методы управления медиа-шлюзами в сетях NGN тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.13, кандидат технических наук Атцик, Александр Александрович

• Атцик, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Атцик, Александр Александрович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Виды сетевой архитектуры, использующие принцип декомпозиции шлюзов.

1.1. Эволюция управления обслуживанием вызова в ТфОП.

1.2. Управление обслуживанием вызовов в сетях NGN.

1.3. Принцип декомпозиции шлюзов.

1.4. Математические модели управления шлюзами.

1.5. Цель и задачи исследования.

1.6. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Модели и методы расчёта устройств управления медиа-шлюзами

2.1. Функциональная модель управления медиа-шлюзами.

2.2. Математическая модель управления медиа-шлюзами.

2.3. Опрос очередей согласно дисциплине E-Limited.

2.4. Опрос очередей согласно дисциплине G-Limited.

2.5. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Анализ ВВХ и алгоритм проведения расчётов.

3.1. Численно-графический анализ разработанной модели.

3.2. Оптимизация обслуживания с дисциплиной E-Limited.

3.2.1 Определение оптимального ki.

3.2.2 Анализ эффективности оптимизации.

3.3. Алгоритм расчёта параметров и ВВХ системы.

3.4. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Инженерные аспекты управления медиа-шлюзами.

4.1. Анализ вариантов архитектуры управления медиа-шлюзами.

4.1.1. Возможные варианты архитектуры управления медиа-шлюзами.

4.1.2. Методология проведения анализа.

4.2. Структурная модель сети на базе распределённого шлюза.

4.3. Разработка критериев оценки качества обслуживания трафика протоколов управления медиа-шлюзами.

4.4. Практическая реализация архитектуры распределенного шлюза.

4.5. Применение результатов работы и натурный эксперимент.

4.6. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и методы управления медиа-шлюзами в сетях NGN»

Актуальность исследований

Способы управления обслуживанием вызовов в телефонных сетях общего пользования (ТфОП) эволюционировали вместе с развитием телекоммуникационной техники. На современном этапе, характеризующемся конвергенцией сетей с разными технологиями передачи информации и коммутации, стали использоваться новые системы управления обслуживанием вызовов, базирующиеся на принципе декомпозиции шлюзов. Основной идеей декомпозиции шлюзов является физическое разделение функций коммутации и функций управления ею, что порождает новые задачи организации дистанционного управления. Для решения этих задач были разработаны и стандартизированы протоколы управления медиа-шлюзами: MGCP (Media Gateway Control Protocol) [29] и сменивший его H.248/Megaco [38].

Архитектура на базе распределённого шлюза позволяет эффективно использовать интеллектуальные ресурсы сети, отвечающие за базовую логику коммутации пользовательского трафика и обработку сигнализации управления обслуживанием вызовов, путём их централизации в Softswitch, без необходимости дублирования в каждом из сетевых узлов. Помимо этого, централизованное управление коммутационным оборудованием в сети предоставляет возможность воздействия на логику управления соединениями из одной точки, что раскрывает широкие возможности предоставления услуг.

Сегодня управление шлюзами через H.248/Megaco используется в таких перспективных видах архитектуры, как Softswitch, 3-rd Generation Partnership Project - IP Miltimedia Subsystem (3GPP IMS), NGN TISPAN и др. В силу новизны управляющих узлов для этих сетей и отличия их от традиционных узлов управления обслуживанием телефонных вызовов, требуются новые методы построения и расчёта таких новых узлов. Несмотря на технологическую проработанность архитектуры, подобных методик на сегодняшний день практически нет.

Современное оборудование и технологии транспортной сети, например, MPLS (Multiprotocol Label Switching), могут обеспечить большой запас производительности и обеспечить требуемое качество обслуживания (QoS, Quality of Service) пользовательского трафика [59], в то время как оборудование управления соединениями сталкивается с необходимостью обработки всё возрастающего количества команд, передаваемых протоколами сигнализации в процессе управления сессией связи. Этот рост связан со значительным усложнением логики и увеличением количества теле- и инфокоммуникационных услуг. В силу вышеизложенного представляется актуальной задача анализа и расчета вероятностно-временных характеристик (ВВХ) контроллеров медиа-шлюзов в разных вариантах архитектуры на базе распределённого шлюза.

Состояние вопроса. Начало исследований в этом направлении совпало по времени с появлением поколения систем коммутации с программным управлением. В работах P.A. Авакова, Б.С. Гольдштейна, В.О. Игнатьева и целого ряда других авторов исследованы вопросы программного управления коммутационными системами, но эти исследования ограничены узлами коммутации п, естественно, не рассматривают сетевую архитектуру NGN, когда от Оператора связи или проектировщика зависит не только интенсивность нагрузки каждого узла, но и сама конфигурация распределённой сети связи. Уже из этих работ видно, что наиболее адекватной моделью обработки сигнального трафика, поступающего от удалённых коммутационных элементов является циклическое обслуживание.

В более поздних работах и в документах ITU, IETF, ETSI и других стандартизующих организаций [19], [20], [26], [1-9], [57], [14] рассмотрены технические решения, предусматривающие физическую декомпозицию управления и коммутации, но они ориентированы на инженерное применение и не позволяют заранее рассчитать сетевую архитектуру и ВВХ предоставляемых на её базе услуг.

Научные основания для такого расчёта содержатся в работах Боксма (О.J. Вохта), Фурмана (S.W. Fuhrmann), Такаги (H.Takagi), Кюна (Kuehn Р. J), Ванга (Y.T. Wang), Эверитта (D.Everitt) п других [77], [90], [89], [88], [114], [104], [83], [78], [103], [110], [84], [53], [111], где исследуются различные дисциплины циклического обслуживания как в общем виде, так и применительно к таким технологиям как TDM (Time Division Multiplex), Token Ring, Bluetooth и прочим. К сожалению, ни в одной из этих работ не учитывается специфика управления медиа-шлюзами или хотя бы подобными устройствами (Session Border controller, Media Server).

В рекомендациях ITU-T [15], [23], [22], [16], [13] указаны нормативные временные значения для каждого из этапов обслуживания при предоставлении разных телекоммуникационных услуг, часть которых может быть организована с использованием медиа-шлюзов, однако не даётся ответов, как их можно связать с требованиями к реальным модулям, входящим в состав системы управления вызовами. Для этого нужно использовать математическую модель, которая покажет влияние каждого из модулей на любой нормируемый параметр.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы состоит в разработке моделей и методов управления медиа-шлюзами в разных видах сетевой архитектуры, характерных для NGN, анализе ВВХ и синтезе стратегии циклического обслуживания на базе этого анализа.

Разработанные модели должны обеспечить возможность прогнозировать соблюдение нормативных показателей QoS для услуг VoIP, предоставляемых на базе распределённого шлюза.

Поставленная цель определила необходимость решения следующих , задач:

1) анализ возможных конфигураций взаимодействия узлов сети NGN на базе распределённого шлюза и их влияния на процессы управления;

2) разработка функциональной модели на базе архитектуры распределённого шлюза, которая будет отражать процессы управления медиа-шлюзом в сетевой архитектуре NGN;

3) разработка аналитической модели дисциплин циклического опроса медиа-шлюзов для обработки сигнального трафика в контроллере медиа-шлюзов;

4) расчёт ВВХ сети на базе распределённого шлюза и сравнительный анализ ВВХ с использованием различных дисциплин циклического опроса при обработке сигнального трафика управления медиа-шлюзами;

5) анализ метода определения оптимальных параметров модели циклического опроса при указанных конфигурации и параметрах сети;

6) разработка критериев оценки работы системы управления медиа-шлюзами.

Методы исследования. Основным математическим аппаратом в работе является теория массового обслуживания (теория очередей), с помощью которой разрабатывается модель обслуживания сигнального трафика протоколов управления медиа-шлюзами в узле управления Softswitch (SSW).

Научная новизна работы состоит в предмете исследования -управлении обслуживанием вызова в архитектуре распределённого шлюза, разработке математической модели узла управления шлюзами (Media gateway Controller (MGC), Softswitch, Media Gateway Control Function (MGCF)), в разработке критериев оценки моделей управления медиа-шлюзами, а также в разработке алгоритма определения ВВХ.

Личный вклад. Все результаты, составляющие содержание данной работы получены автором лично. В работах [59], [61], [62], [64-66], [69], [70], [72], [73], выполненных в соавторстве, автору принадлежат математические модели и теоретические результаты.

Практическая ценность результатов работы. Теоретические исследования, выполненные в работе, доведены до инженерных решений.

Основные результаты работы использованы ФГУП ЛОНИИС и в контрактных работах с компаниями:

НТЦ «Протей» - при построении оборудования мультисервисного абонентского концентратора (iMAK) с функциями медиа-шлюза и мультисервисного коммутатора доступа (МКД), являющегося аппаратурой класса Softswitch;

НТЦ «Аргус» - при разработке платформы OSS; а также в

Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича - при организации учебного процесса.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международной конференции IEEE «110 лет изобретения радио» (СПб, 2005), на Международном телекоммуникационном симпозиуме «Мобильная связь» (СПб, 2006), а также на ежегодных научно-технических конференциях (профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов; студентов и аспирантов) СПбГУТ с 2004 по 2009 год.

Публикации. По материалам данной диссертационной работы в научно-технических журналах и в трудах международных и всероссийских научных конференций опубликовано 13 печатных работ, из них - одна монография и одно учебное пособие.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Объем пояснительной записки 150 страниц, 53 иллюстрации, список литературы насчитывает 114 наименований. В качестве приложений приведены акты о внедрении результатов диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Телекоммуникационные системы и компьютерные сети», Атцик, Александр Александрович

4.6.Выводы по главе 4

1. Анализ возможных конфигурациий и взаимодействия управляющих и управляемых устройств в сети на базе распределённого шлюза показал, что конфигурации любой сложности можно свести к анализу комплекса простейших конфигураций, на которые ориентирована разработанная в диссертации модель.

2. Структурная модель сети на базе архитектуры распределённого шлюза, позволяет оценить влияние элементов архитектуры на параметры расчёта, используемые в математической модели.

3. Нормирующие значения для оценки функционирования систем управления медиа-шлюзами могут быть получены из существующих требований к сетям ISDN, IN и IP, определенных в рекомендациях ITU-Т.

4. Натурный эксперимент, проведённый на базе практической реализации архитектуры управления медиа-шлюзами НТЦ ПРОТЕЙ, подтвердил результаты расчётов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы процессы поступления транзакций в систему управления медиа-шлюзами и их обработки. Разработаны методы расчёта ВВХ, определяющих качество предоставления услуг связи через медиа-шлюзы.

В работе получены следующие основные результаты:

1) анализ возможных конфигураций взаимодействия узлов сети NGN на базе распределённого шлюза показал, что для проведения расчётов возможно сведение сложных конфигураций к совокупности простейших;

2) разработана функциональная модель архитектуры распределённого шлюза, отражающая процессы управления медиа-шлюзом в сетевых архитектурах NGN;

3) разработана аналитическая модель дисциплин циклического опроса очередей сообщений от медиа-шлюзов при обработке сигнального трафика в контроллере медиа-шлюзов;

4) расчёт ВВХ сети на базе распределённого шлюза позволил проанализировать взаимное влияние параметров сетевой архитектуры. Сравнительный анализ ВВХ при использовании разных дисциплин циклического опроса выявил минимальное преимущество дисциплины E-Limited по критерию времени ожидания в очереди;

5) предложенный метод определения оптимальных параметров модели циклического опроса при указанных конфигурации и параметрах сети приблизил модель с дисциплиной limited к показателям модели с исчерпывающим обслуживанием;

6) разработан алгоритм расчёта ВВХ сети на базе распределённого шлюза;

7) разработан численный критерий оценки эффективности системы управления медиа-шлюзами и методика определения его значений.