Разработка метода оценки вероятностно-временных характеристик услуг IPTV при их управлении мультимедийной подсистемой IMS тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат наук Али Раад Абдо Мохаммед

• Али Раад Абдо Мохаммед
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Али Раад Абдо Мохаммед

Оглавление

Список основных сокращений

Список основных обозначений

Введение

Глава 1. Анализ способа предоставления услуг IPTV на базе

платформы IMS

1.1. Место платформы IMS в концепции NGN

1.2. Стандартизация архитектуры и параметров сети доступа к

услугам IPTV

1.3. Развитие архитектуры сети IPTV к NGN

1.4. Анализ услуг IPTV

1.5. Анализ функционирования IMS-платформы при предоставлении

услуг IPTV

1.6. Взаимодействие протоколов при предоставлении услуг IPTV

1.7. Анализ методов оценки пропускной способности платформы

IMS и постановка задачи исследования

Выводы

Глава 2. Разработка процедуры оценки времени переключения каналов при предоставлении услуг IPTV на базе платформы IMS

2.1. Исследование архитектуры сети для предоставления услуг IPTV

на базе платформы IMS

2.1.1. Анализ физической архитектуры сети

2.1.2. Способы доступа к серверам приложений IPTV

2.1.3. Особенности функционирование медиа-серверов при предоставлении услуг IPTV

2.2. Анализ процедуры установления соединений IPTV

2.3. Анализ и оценка времени переключения каналов IPTV

2.3.1. Необходимость оценки времени переключения IPTV-каналов

2.3.2. Общая процедура переключения каналов

2.3.3. Алгоритм переключения каналов IPTV

2

2.3.4. Оценка времени переключение каналов IPTV

Выводы

Глава 3. Разработка метода оценки длительности установления соединений при предоставлении услуг IPTV на базе платформы EMS

3.1. Разработка математической модели процесса установления соединений при предоставлении услуг IPTV с использованием платформы IMS

3.1.1. Формализация процесса установления соединений IPTV-сессий

3.1.2. Модель процесса установления соединений в виде открытой неоднородной сети массового обслуживания

3.2. Численный анализ длительности установления соединений при предоставлении услуг IPTV под управлением мультимедийной подсистемой IMS

Выводы

Глава 4. Имитационное моделирование процесса предоставления услуг ÍPTV на базе платформы IMS

4.1. Разработка блок-схемы имитационной модели установления соединений при предоставлении услуг IPTV с использованием платформы IMS

4.2. Моделирования прохождения заявок от 7-го узла СеМО при предоставлении услуги IPTV

4.3. Анализ результатов моделирования

4.4. Сравнение среднего времени установления соединения, полученного аналитически и при помощи имитационного моделирования

4.5. Приближённая оценка времени установления соединений IPTV-сессий

Выводы

Заключение

Литература

з

Приложение 1. Рабочие группы по стандартизации IPTV

Приложение 2. Технические требования к абонентским устройствам,

сети доступа и сети агрегации

Приложение 3. Решение системы уравнений

Приложение 4. Текст программы имитационной модели на языке

GPSS World

Приложение 5. Акты реализации результатов диссертационной работы

Список основных сокращений

IPTV - Internet Protocol Television - интернет-телевидения по протоколу IP;

IMS - IP Multimedia Subsystem - мультимедийная IP-подсистема ;

NGN - Next Generation Network - сети последующих поколений ;

CAPEX - Capital Expenditure - капитальные затраты;

ОРЕХ - Operational Expenditure - текущие расходы;

CoD - Content on Demand - потребительский контента;

MCF - Media Control Function - функция управления медиа;

MDF - Media Delivery Functions - функция поставки медиа;

SDF - Service Discovery Function - сервисная функция открытия;

SSF - Service Switching Function - сервисная функция переключения;

STB - Set Top Box - телевизионная приставка;

UE - User Equipment - пользовательское оборудование;

HDTV - High-Definition Television - телевидение высокой четкости;

HTTP - Hyper Text Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста;

GoP - Group of pictures - группа видеокадров;

SDTV - Standard-definition television - телевидение стандартной четкости; BGP - Border Gateway Protocol - протокол граничного шлюза; OSPF - Open Shortest Path First - протокол динамической маршрутизации; RIP - Routing Information Protocol - протокол маршрутной информации; RSVP - Resource Reservation Protocol - протокол резервирования ресурсов; QoS - Quality of Service - качество предоставления услуг связи; QoE - Quality of Experience - качество восприятия; HSS - Home Subscriber Server - домашний абонентский сервер; VoD - Video in demand - видео по запросу; SCF - Service control function - функции управления услугами; IGMP - Internet Group Management Protocol - протокол управления группами Интернета;

RACS - Resource and Admission Control Subsystem - подсистема управления

ресурсами и допуском;

3GPP - 3rd Generation Partnership Project - проект партнерства третьего поколения;

P-CSCF - Proxy-Call Session Control Function - элемент управления вызовами и сессиями с функциями прокси;

S-CSCF - Serving Call Session Control Function - обслуживающий

функциональный элемент управления вызовами и сессиями;

I-CSCF - Interrogating-Call Session Control Function - запрашивающий функциональный элемент управления вызовами и сессиями;

SIP - Session initiation protocol - протокола установления и завершения мультимедийных сеансов связи;

ATIS - Alliance for Telecommunications Industry Solutions - Альянс по разработке решений в области телекоммуникаций;

ETSI - European Telecommunications Standard Institute - Европейский институт стандартизации электросвязи;

NASS - Network Attachment Sub-System - интерфейс е4 подсистемы присоединенных сетей;

RTP - Real-Time Transpor Protocol - протокол передачи информации в режиме реального времени;

S-CSCF - Serving Call Session Control Function - обслуживающий

функциональный элемент управления вызовами и сессиями;

MPLS - Multiprotocol Label Switching - многопротокольная коммутация по меткам;

RTCP - Real-Time Transport Control Protocol - протокол управления передачей в реальном времени;

DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer - мультиплексор доступа цифровых абонентских линий xDSL;

МСЭ-Т - Международный союз электросвязи, сектор стандартизации электросвязи;

ШПП - ширина полосы пропускания.

M = {1

R = {l,..,R}

Pi-, I G M

(i,r),ieM, re R

U'eM, r,S € R

V;, i G M

^■INVITE ^100 Trying

83 Session Progress

A200 OK AIP

L

Mi

Список основных обозначений

случайная величина времени установления соединения по протоколу SIP;

множество узлов сети массового обслуживания;

множество классов заявок сети массового обслуживания;

интенсивность нагрузки в узле /;

тип заявки, заявка класса г находится в узле г;

интенсивность перехода (/, г) - заявок в (j,s)~ заявки;

- случайная величина времени пребывания заявки в узле /;

- случайная величина времени сериализации и ожидания в очереди сообщения INVITE;

- случайная величина времени сериализации и ожидания в очереди сообщения 100 Trying;

- случайная величина времени сериализации и ожидания в очереди сообщения 183 Session Progress;

- случайная величина времени сериализации и ожидания в очереди сообщения 200 ОК;

- случайная величина времени передачи сообщения по сети;

- множество типов заявок, обслуживаемых в сети массового обслуживания;

параметр экспоненциального распределения времени

обслуживания в /-узле;

интенсивность поступления запросов пользователи на

предоставление услуги IPTV;

7

Л IMSnp , A IMSа

обр

AIMS

S,

Р('т>

N.

кан.польз.

N,

кан.

N.

GoP

-'RA

R

IPTV

D.

пер.

D

AS

D,

агр.

a

буф.дж.

- соответственно длительность передачи сигнальных

сообщений в прямом (от UE) и в обратном направлениях в сети IP/MPLS;

- длительность обработки сигнальных сообщений в

серверах и функциональных блоках IMS, включая длительность передачи сигналов между блоками;

- время установления соединения для услуг IPTV с использованием подсистемы;

- длина г-го сигнального сообщения в битах;

- скорость передачи в сети, принятая равной 4 Мбит/с;

- вероятность поступления потока из внешней среды

(из узла 0ИСХ) в любое состояние СеМО;

- вероятность поступления потока из любого состояния

СеМО во внешнюю среду (в узел 0ВХ);

- число пользователей, которые одновременно просматривают один и тот же канал;

- число каналов IPTV;

- длительность групп видеокадров;

- скорость канала между узлом доступа и узлом агрегации;

- соотношение скоростей, используемое для передачи потокового IPTV;

- время переключения каналов;

- общая задержка переключения каналов при скачивании потока из узла доступа;

- задержки переключения каналов при скачивании потока

из узла агрегации;

- задержка в буфере джиттера.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода оценки вероятностно-временных характеристик услуг IPTV при их управлении мультимедийной подсистемой IMS»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Концепция сетей связи последующего поколения NGN (Next Generation Networks) [1-2] реализуется на базе транспортных мультисервисных сетей. Мультисервисная сеть предоставляет пользователям широкий набор услуг с гибкими возможностями по управлению, персонализации и созданию новых наборов услуг за счет унификации сетевых решений [3]. Одной из услуг, которые предоставляют мультисервисные сети - услуга цифрового телевидения по протоколу IP (технология IPTV-Internet Protocol Television).

На первом этапе реализации концепции NGN решались задачи конвергенции сетей с коммутацией каналов и сетей с коммутацией пакетов [4]. На втором этапе решаются задачи конвергенции стационарных сетей и сетей сотовой подвижной связи. При этом происходит конвергенция не только технологий, систем и сетей, но и услуг [5].

В качестве базовой архитектуры для конвергенции этих сетей рабочими группами 3GPP (3rd Generation Partnership Project) [6] и TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking) [7] рекомендована мультимедийная подсистема на базе протокола IP (IP Multimedia Subsystem, IMS). В этой платформе сделана попытка реализации следующих фундаментальных принципов будущих инфокоммуникаций: глобальность, интерактивность, информационная безопасность и защищённость, мобильность, персональность [8].

Платформа IMS предназначена для управления сессиями при предоставлении любых мультимедийных услуг пользователям стационарных и мобильных сетей при использовании технологии IP/MPLS. Основным протоколом сигнализации для подсистемы IMS является протокол инициирования сеансов связи SIP (Session Initiation Protocol). Платформа IMS управляет представлением различных услуг, связанных с передачей мультимедийных данных, в том числе услуг IPTV. Подсистема IMS

предоставляет услуги независимо от технологии доступа, обеспечивает реальную конвергенцию речи и данных в стационарных и мобильных сетях связи.

Мультисервисная сеть на базе платформы EMS имеет горизонтальную распределенную структуру, позволяющую быстро и легко устанавливать медиа-шлюзы в точках концентрации трафика, а интеллектуальные функции сосредотачивать в центральном сервере для быстрого и эффективного обновления программного обеспечения, что сокращает период разработки и внедрения новых услуг.

IPTV находит всё более широкое применение по всему миру, в том числе, в России. По прогнозам [12] к 2018 году в России будет более 6 миллионов подписчиков на платные услуги IPTV. Главным достоинством IPTV является интерактивность и возможность предоставления пользователям широкого набора дополнительных услуг, связанных с потреблением контента.

Быстрое распространение высокоскоростного доступа в Интернет на базе широкополосных сетевых технологий разрушает преграды между телекоммуникациями и вещанием. IPTV является одним из ключевых приложений на телекоммуникационном рынке, которое позволяет телефонным компаниям извлекать дополнительные доходы из доставки видео по IP-сетям. В настоящее время идёт активное коммерческое внедрение IPTV по всему миру [9].

IPTV представляет собой новую форму цифровых технологий телевидения [10]. В этой системе услуги цифрового телевидения доставляются потребителям через сеть с использованием Интернет протокола. IPTV относится к классу мультимедийных услуг, таких как телевидение / видео / аудио / текст / графика / данные.

Технология IPTV стала набирать популярность с увеличением

пропускной способности сетей и совершенствованием алгоритмов цифрового

кодирования. Большинство операторов телекоммуникационных услуг

ю

активно используют системы, реализующие услуги Triple play, такие как IPTV, голосовой и высокоскоростной доступ к сети Интернет. Нарастающая конкуренция и рост числа потенциальных клиентов вынуждают операторов и разработчиков оптимизировать архитектуру, согласно которой осуществляется предоставление услуги, улучшать механизмы мониторинга сети, предоставляя пользователям новые. Внимание практически всех операторов сосредоточено на создании новых услуг, поскольку именно предоставление услуг конечным пользователям представляет собой основной источник доходов операторов [11]. При этом операторы должны обеспечить нормированные уровни качества обслуживания и восприятие, безопасность, интерактивность и надёжность. В этих условиях задачи разработка метода оценки вероятностно-временных характеристик процессов предоставления услуг IPTV с помощью подсистемы IMS является весьма актуальной.

Степень разработанности темы. Различным аспектам решения данной задачи посвящены работы российских и зарубежных автров. Так, теоретическую основу исследования с помощью сетей массового обслуживания составили работы Башарина Г. П., Вишневского В.М., Самуйлова К. Е., Степанов С. Н., Kouvatsos D. D., Mkwawa I. М., Baskett F., Chandy К. M., Muntz R. R., Palacios F. G..

Вопросы архитектуры IMS и взаимодействие сигнальных сообщений рассмотрены в работах Голдпггейна Б. С., Кучерявого А. Е., Рослякова А. В., Mikoczy Е., Sivchenko D., Xu В., Moreno J. I..

Процедуры переключения каналов IPTV рассмотрены в работах Dekeris В., Narbataite L., Malkos S., Ucar E., Akdeniz R..

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода оценки вероятностно-временных характеристик процесса предоставления услуг IPTV с помощью платформы IMS. Исследованы длительность установления соединений и длительность переключения

каналов при предоставлении услуг IPTV с использованием платформы IMS.

11

Для достижения этой цели в диссертационной работе решены следующие основные задачи:

1. Проведен анализ способа предоставления услуг IPTV на основе платформы IMS: рассмотрены требования к доставке услуг, архитектура сети предоставлении услуг, процесс функционирования IMS-платформы и взаимодействие протоколов при предоставлении услуг IPTV.

2. Выполнен анализ времени переключения каналов IPTV, определены основные параметры влияющие на время переключение, проведена оценка времени переключение каналов.

3. Разработана математическая модель установления соединений в виде неоднородной открытой сети массового обслуживания для оценки длительности установления соединения, построена диаграмма установления соединения, выполнен численный анализ.

4. Разработана имитационная модель установления соединений с использованием платформы IMS при предоставлении услуг IPTV, проведено моделирование на ЭВМ процесса установления соединений при изменении исходных данных в широком диапазоне, выполнено сравнение средней длительности установления соединений, полученной аналитически и при помощи имитационного моделирования.

5. На основании проведенных исследований предложен приближённый метод для оценки длительности установление соединений IPTV-сессий с помощью платформы IMS.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1. В результате детального анализа рекомендаций МСЭ-Т и ETSI по IPTV-архитектуры и качеству восприятие (QoE) определены параметры, в наибольшей степени влияющие на длительности

переключение каналов: число пользователей, одновременно просматривающих один и тот же канал, размер групп видеокадров, вероятности загрузки каналов от узла доступа или от узла агрегации. Получены численные оценки времени переключения каналов, позволяющие операторам связи управлять качеством восприятия.

2. Для оценки средней длительности установления соединения при предоставлении услуг IPTV разработана математическая модель процесса установление соединение в виде открытой неоднородной сети массового обслуживания. В явном виде получена формула для расчета длительности установления соединения, представлены результаты численного анализа. Полученные оценки позволяют операторам связи контролировать интенсивность запросов для поддержания нормированного уровня качества обслуживания.

3. Для оценки влияния принятых в математической модели допущений об отрицательном экспоненциальном законе распределение вероятностей длительности обслуживания заявок и генерации на каждом узле только одного сигнального сообщения разработана имитационная модель процесса установление соединение в среде GPSS World. Моделирование отрицательного экспоненциального распределение длительности обслуживания заявок и детерминированного распределения показало, что при постоянной длительности обслуживания средние значение длительности установление соединений при всех значениях интенсивности потока заявок меньше, чем при экспоненциальном распределении. Однако в обоих случаях результаты укладываются в 95% доверительный интервал.

4. На основании анализа процесса обмена сигнальными сообщениями при

установлении IPTV-сессий с помощью платформы IMS и с учётом длин

сигнальных сообщении предложена приближённая оценка

длительности установления соединений. При низкой интенсивности

потока заявок приближённая оценка совпадает со значениями,

13

полученными с помощью математической модели. При предельно допустимой загрузке платформы IMS приближённые значения позволяют получить нижнюю оценку длительности установления соединений с погрешностью 10 %.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Получены численные оценки времени переключения каналов позволяют операторам связи управлять качеством восприятия при предоставлении услуг IPTV. Полученные оценки длительности установления соединений позволяют операторам связи контролировать интенсивность запросов для поддержания нормированного уровня качества обслуживания. Рекомендаций, получены в диссертации по оценки качества обслуживание и восприятие при предоставлении IPTV-услуг использованы телекоммуникационной компанией DYNAMIC SOLUTIONS при проектировании мультисервисной сети связи города Сана Республики Йемен, а также использованы в учебном процессе кафедры «Сети связи и системы коммутации» Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ). Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы теории массового обслуживания, теории марковских случайных процессов, теории телетрафика, теории сетей связи, методы имитационное моделирование.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. На время переключение IPTV-каналов в период рекламной паузы наибольшее влияние оказывают следующие факторы: число пользователей, одновременно просматривающих один и тот же канал; размер и число групп видеокадров; вероятность загрузки каналов от узла доступа или от узла агрегации; доля трафика других услуг.

Так, например, при загрузке каналов из узла агрегации задержка может достигать 0.5-0.6 секунд при её нормированной величине не более двух секунд.

2. Для математического описание процесса установления соединений при предоставлении услуг IPTV в виде открытий неоднородной сети массового обслуживание приняты допущения о пуассоновском характере потока заявок и об отрицательном экспоненциальном распределении длительности обслуживания заявок в серверах. Имитационное моделирование показало возможность использования этих допущений при практическом использовании результатов, полученных по предложенной модели.

3. Численный анализ длительности установления соединений с помощью платформы IMS при предоставлении услуг IPTV и голосовых сообщений (VoIP) показал, что длительность установления соединений для услуг IPTV примерно в два раза больше длительности для услуг VoIP.

4. При имитационном моделировании учитывалась длительность задержки обслуживание запросов на каждом сервере. Максимальная задержка имела место на прокси-сервере (более 25% от суммарной задержки).

5. Для приближённой оценки длительности установления соединений достаточно учитывать длины и скорость передачи сигнальных сообщений, среднее значение времени обработки запросов на серверах.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается использованием строгих математических методов исследование и вычислительным экспериментом, проведенным на базе близких к реальным исходных данных.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

-«Телекоммуникационные и вычислительные системы» Международного форума информатизации, МТУ СИ, Москва, 2011 -2013 гг.;

- 6-я и 7-я Отраслевые научно-технические конференции «Технологии информационного общества», МТУ СИ, Москва, 2012, 2013 гг.;

Всероссийская научно-техническая конференция общества радиотехники, электроники и связи имени А. С. Попова, Москва, 2013г.;

Международная молодежная научно-практическая конференция СКФ МТУСИ «ИНФОКОМ-2013 г.», Ростов-на-Дону, 2013 г., а также на кафедре Сетей связи и систем коммутации МТУСИ.

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

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, из них 4 - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, и пяти приложений. Основные результаты изложены на 107 страницах, в том числе на 30 рисунках и в 9 таблицах. Дополнительные сведения изложены в приложениях на 15 страницах. В библиографию включено 118 источников на русском и английском языках.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СПОСОБА ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ УСЛУГ 1РТУ НА

БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ Ш8

1.1. Место платформы IMS в концепции NGN

Цифровое телевидение активно развивается в течение последних нескольких лет. Оно начиналось как наземное или спутниковое цифровое телевидение. В настоящее время цифровые потоки доставляются по широкополосному доступу в фиксированных и мобильных сетях. Развертывание в Интернет цифрового телевидения на основе протокола Internet Protocol Television (IPTV) в различных сетях широкополосного доступа стало возможным благодаря новым технологиям доступа и улучшения алгоритмов кодирования.

После развертывания интернет-доступа к услугам по цифровым абонентским линиям DSL (Digital Subscriber Line) большинство основных поставщиков телекоммуникационных услуг начало предоставлять по одной линии три услуги - телефонную связь, доступ в Интернет и IPTV. Один пакет услуг с голосом, данными и видео предоставляется по IP-сетям.

В настоящее время услуги IPTV предоставляются, в основном, по сетям, построенным на платформах конкретных поставщиков оборудования без интеграции в сети следующего поколения (NGN).

Целью внедрения платформы IMS является интеграция предоставления услуг от единого поставщика с помощью независимой платформы, что приводит к сокращению операционных расходов (ОРЕХ) и капитальных затрат (САРЕХ). Концепция платформы IP Multimedia Subsystem (IMS) была внесена на рассмотрение третьего поколения партнерства 3GPP как архитектурная подсистема для контроля и оказания мультимедийных услуг в пакетной опорной сети третьего поколения мобильных сетей (ЗОРР-релизы 5,6,7) [13]. В настоящее время IMS также принята в NGN-стандартизации.

Концепция NGN развивалась в течение нескольких лет. Первая настоящая стандартизация началась в Международном союзе электросвязи

(МСЭ-Т) в комитете NGN [14] и Европейском институте телекоммуникационных стандартов (ETSI) в группе Телекоммуникаций и интернет конвергентных сервисов и протоколов для расширенных сетевых возможностей (TISPAN) [15]. Вначале ETSI TISPAN рекомендовал концепцию IMS в релизе 1 (NGN R1) в рамках архитектуры NGN. В настоящее время IMS получила широкое признание в качестве одной из ключевых платформ для будущих NGN-сервисов. В релизе NGN R2 IMS рекомендована также для поддержки IPTV-услуг.

Платформа IMS выступает в качестве интеграционной платформы для комбинации телекоммуникационных и интернет-услуг. Ниже перечислены некоторые из достоинств инфраструктуры сети доступа на базе платформы IMS:

- полная мобильность - прозрачное подключение разнородных сетей, протоколов и механизмов доступа;

- возможность с помощью сессий устанавливать соединения автоматически и прозрачно;

- ориентированная на пользователя функциональность;

- персонализированные контекстно-зависимые приложения удовлетворяют потребности пользователя или группы пользователей;

- гибкий пользовательский интерфейс позволяет пользователям эффективно достичь своих целей;

- конфиденциальность и безопасность информации, защита бизнеса и потребительской целостности, а также прав создателей контента.

Есть несколько причин для использования IPTV на базе IMS:

- предоставление услуг независимо от технологий доступа;

- миграция и развёртывание для фиксированных и мобильных пользователей;

- масштабируемое развертывание новых услуг;

- эволюция комбинированных услуг для повышения их

18

потребительских свойств;

- безопасность и управление идентификацией, аутентификацией, авторизацией и доступом к услугам;

- профили пользователей централизованно распределяются между приложениями;

- масштабируемая и резервированная архитектура;

- общее решение для достижения качества обслуживания и восприятия;

- гибкое управление мультимедийными услугами.

1.2. Стандартизация архитектуры и параметров сети доступа к услугам IPTV

1.2.1. ITU-T - Международный союз электросвязи

В Международном союзе электросвязи разработкой стандартов IPTV занимается фокус-группа IPTV (IPTV-FG) [16], которая состоит из рабочих групп, перечисленных в Приложении (таблица П. 1.1). В рамках деятельности IPTV-FG была предложена архитектура IPTV на разных уровнях детализации функций участников процесса предоставления IPTV-услуг (пользователя, оператора сети связи, поставщика услуг и поставщика контента). При этом на среднем уровне рассматривается несколько вариантов архитектуры: без учета возможностей сети NGN, в составе сети NGN на базе подсистемы IMS, в составе сети NGN без подсистемы IMS и конвергенция первого и второго вариантов. На верхнем уровне выделяются функции, общие для всех четырёх архитектур. В область стандартизации ITU-T также входят [17-19]:

- стандарты сжатия видео при предоставлении IPTV-услуг, например,

MPEG-4 / AVC (Н.264);

- технологии сети доступа предоставления IPTV-услуг, например:

■S APON (ATM PON, пассивная оптическая сеть поверх ATM);

S GPON (Gigabit PON, гигабитная пассивная оптическая сеть);

S ADSL (Asymmetric DSL, асимметричная цифровая

абонентская линия); * ADSL2; S ADSL2+;

S VDSL (Very High Speed DSL, цифровая абонентская линия с высокой пропускной способностью);

- VDSL2;

- FS-VDSL (Full Service-VDSL, VDSL с полным набором услуг).

1.2.2. ATIS- Альянс по решениям в области электросвязи

Альянс по решениям в области электросвязи осуществляет стандартизацию IPTV, в основном, в рамках комитета IPTV Interoperability Forum (IIF) [20], занимающегося вопросами совместимости, взаимодействия и реализации IPTV-систем и услуг. Деятельность IIF связана с архитектурой IPTV в составе сети NGN на базе подсистемы IMS и без подсистемы IMS, с подсистемой защиты контента DRM, а также с разработкой требований по совместимости, надежности и устойчивости компонентов архитектуры. В Приложении в таблице П. 1.2 перечислены рабочие группы ATIS IIF с указанием их основных функций. В Приложении в таблице П. 1.3 приведен список стандартов, выпущенных ATIS IIF.

1.2.3. ETSI- Европейский институт стандартизации в электросвязи

Европейский институт стандартизации в электросвязи разрабатывает архитектуру IPTV в составе сети NGN на базе подсистемы IMS и без подсистемы IMS в рамках технического комитета TISPAN [15,21,22]. Важным направлением в деятельности ETSI является цифровое вещание DVB. Основные стандарты ETSI по IPTV:

- TS 102 034 VI.2.1 Transport of MPEG-2 TS based DVB Services over IP based networks;

- TS 102 005 VI.2.1 Implementation Guidelines for the use of AudioVisual Content in DVB services delivered over IP;

20

- EN 300 468 VI.7.1 Specification for Service Information (SI) in DVB systems.

При разработке стандартов ETSI DVB используются существующие стандарты DVB, учитываются спецификации IETF, используются технологии XML и IP.

1.2.4. DSL Forum - Форум цифровых абонентских линий

DSL-Форум стандартизует предоставление IPTV-услуг по широкополосному доступу, в том числе:

- технологии ADSL2+ / VDSL2, объединение нескольких технологий DSL, решения PON;

- управление многоадресной передачей данных и сетями VLAN -протокол IGMP и поддержка различных сетей VLAN;

- управлением доступом к IPTV-услугам и управление качеством обслуживания - получение сведений в режиме реального времени о топологии сети, о доступной ширине полосы пропускания (Ш1111), возможность динамического перераспределения ресурсов для обеспечения предоставления запрошенной IPTV-услуги, обеспечения требуемых LUI 111 и показателей QoS;

- домашняя сеть - первичная настройка абонентского оборудования, автоматическое распознавание, удаленное управление и самодиагностика;

- качество восприятия QoE - мониторинг и измерение показателей, определяющих качество восприятия IPTV-услуг пользователем [23,24]. В приложении в таблице П. 1.4 перечислены основные стандарты форума DSL, специфицирующие предоставление IPTV-услуг.

1.2.5. IETF- Рабочая группа по проблемам Интернета

Рабочая группа по проблемам Интернета занимается стандартизацией

протоколов, необходимых для предоставления IPTV-услуг.

21

1.2.6. MPEGIF-Форум

Форум MPEGIF разрабатывает спецификации стандартов сжатия аудио и видео, таких как, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7.

Стандарты MPEG-1 и MPEG-2 сделали возможным интерактивное видео на CD-ROM и цифровое телевидение. Стандарт MPEG-4 предоставляет стандартизованные технологические элементы, позволяющие осуществлять доступ к содержимому в области цифрового телевидения, к интерактивной графике и интерактивному мультимедиа.

MPEG-7 является стандартом ISO/EEC, разработанным MPEG (Moving Picture Experts Огоир)-комитетом, который разработал стандарты MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4.

MPEG-7 формально называется «Мультимедиа-интерфейс для описания содержимого». Он имеет целью стандартизовать описание мультимедийного материала, поддерживающего некоторый уровень интерпретации смысла информации, которая может быть передана для обработки ЭВМ. Стандарт MPEG-7 не ориентирован на конкретное приложение. Он стандартизует некоторые элементы, которые рассчитаны на под держку широкого круга приложений.

1.2.7. ISMA- Альянс по потоковому видео в Интернете

Альянс по потоковому видео в Интернете занимается стандартизацией IPTV по направлениям, перечисленным в Приложении в таблице П. 1.5 [25].

1.2.8. HGI- Рабочая группа по проблемам домашних шлюзов

Для обеспечения совместимости домашних шлюзов с управляемым ими абонентским оборудованием была создана рабочая группа по проблемам домашних шлюзов. Задача группы - сформировать технические и функциональные требования к домашним шлюзам. В числе изучаемых вопросов -SIP-телефония, передача видео, управление классами QoS, удаленное управление и конфигурирование, дистанционное управление с

инфракрасных пультов, взаимодействие с системами охранной сигнализации. В Приложении в таблице П. 1.6 перечислены спецификации HGI.

1.2.9. UPnP Forum - Форум технологий объединения интеллектуальных устройств

Форум UPnP - открытая ассоциация с целью выработки стандартов технологий UPnP, которые упростили бы технологии объединения интеллектуальных устройств в рамках домашних и корпоративных сетей. UPnP обеспечивает автоматическое подключение подобных устройств друг к другу и их совместную работу в сетевой среде, в результате чего сеть (например, домашняя) становится доступной большему числу пользователей.

Сетевые устройства, поддерживающие технологию UPnP, при физическом подключении к сети начинают сразу функционировать. UPnP поддерживает практически все технологии сетевых инфраструктур, как проводные, так и беспроводные. В их число, в частности, входят: кабельный Ethernet, беспроводные сети Wi-Fi (802.11b), Firewire 1394. Подключение всех этих устройств и персональных компьютеров друг к другу упрощает пользователям доступ к услугам и приложениям. В Приложении в таблице П. 1.7 приведены спецификации UPnP.

1.3. Развитие архитектуры сети IPTV к NGN

Эволюционные шаги развития архитектуры IPTV к NGN может быть представлено в четыре этапа, как показано на рис. 1.1 [26,27,48].

Вариант 1- без учета возможностей сети NGN (Non-NGN IPTV) - это

фактическое развертывание всех доступных IPTV-решения на рынке. Решение достигается путем взаимодействия между неправительственными организациями. При этом отдельные службы контроля и приложений используются исключительно для предоставления услуг IPTV.

Рис. 1.1. Эволюционные сценарии развития архитектуры IPTV к NGN

Вариант 2 - в составе сети NGN без подсистемы IMS (NGN non-IMS IPTV) обеспечивает взаимодействие между выделенными функциями IPTV (например, функции IPTV-контроль) и некоторыми существующими элементами NGN такими, как транспорт, элементы управления для допуска ресурсов, подсистемы управления (RACS). На этом этапе выделенная подсистема IPTV в NGN использует всю необходимую функциональность IPTV, например, IPTV-управление, профили пользователей и т.д., а также интегрирует компоненты IPTV в архитектурные рамки NGN.

Вариант 3 - в составе сети NGN на базе подсистемы IMS обеспечивает IPTV-функции на основе подсистемы IMS и дает возможность использования функциональности IMS на основе SIP-инициирования обслуживания и механизмов управления. Эта архитектура подробно рассмотрена в диссертационной работе.

Вариант 4 - конвергенция архитектур вариантов 1 и 2. Эта архитектура IPTV позволяет предоставлять конвергентные виды услуг IPTV. Каждый эволюционный шаг реализует дополнительные функциональные

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Али Раад Абдо Мохаммед, 2013 год

Литература

1. Сети следующего поколения NGN / Под ред. А.В. Рослякова. - М.: Эко-Трендз, 2009. - 424 с.

2. Бакланов И. Г. NGN: принципы построения и организации / Под ред.Ю. Н. Чернышева. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 400 с.

Ъ.Деарт. В. Ю. Мультисервисные сети связи. Транспортные сети и сети доступа. - М.: Инсвязьиздат, 2008. - 168 е., 93 илл.

4. Нестеренко КВ., Носов А.И. Основные этапы реализации концепции сетей последующего поколения - NGN // - T-Comm - Телекоммуникации и транспорт, № 7, 2011, с. 117-120.

5. Пшеничников А. П., Али Paad А. М. Второй этап реализации концепции сетей последующих поколений-NGN // T-Comm - Телекоммуникации и транспорт, Москва, 2012., № 7. - С. 157-160.

6. Официальный сайт 3rd Generation Partnership Project (3GPP) -www.3gpp.org.

7. Официальный сайт ETSITISPAN - www.etsi.org/tispan/.

8. Аджемов А. С. Телекоммуникации, инфокоммуникации-что дальше?- М.: «ИД Медиа Паблишер», 2011. - 140 с.

9. Али Раад А. М. Анализ времени переключения каналов IPTV // T-Comm -Телекоммуникации и транспорт, № 7, 2013, с. 4-8.

10. International Telecommunication Union Focus Group on IPTV (2007). ITU-T IPTV Focus Group Proceedings 2007. [Online]. Available http://www.itu.int/pub/T-PROC-IPTVFG-2007.

11. Самуилов K.E., Сопин Э.С., Чукарин А.В. Оценка характеристик сигнального трафика в сети связи на базе подсистемы IMS // "T-Comm — Telecommunications and Transport" magazine, 2010, №7. - C. 8-13.

12. Абонентская база IPTV в России к концу 2013 г., Международный форум по онлайн-бизнесу «еСот21», Рига, 21-22 ноября 2013.

13. 3GPP TS 23.228 V7.7.0 (2007-03), tech. spec., "IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2," 2007.

14. ITU-T Ree. Y.2012, "Functional Requirements and Architecture of the NGN," Sept. 2006.

15. ETSI ES 282 001 VI.1.1, TISPAN, "NGN Functional Architecture Release 1," 2005.

16. ITU-T IPTV Focus Group Contributions, 2007.

17. ITU-T Recommendation G.984.1: Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics // ITU-T White Book, March 2003.

18. ITU-T Recommendation G.983.1: Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON) // ITU-T White Book, January 2005.

19. ITU-T Recommendation G.992.3: Asymmetric digital subscriber line transceivers 2 (ADSL2) // ITU-T White Book, January 2005.

20. ATIS-0800007, IPTV High Level Architecture, ATIS-IIF, March 2007.

21. ETSI RES 282 001 V0.1.3, ETSI std. draft, TISPAN, "NGN Functional Architecture Release 2," Sept. 2006.

22. ETSI TS 182 027 V0.0.15, TISPAN, "IPTV Architecture; IPTV Functions Supported by the IMS Subsystem," tech. spec, draft, Sept. 2007.

23. DSL Forum Technical Report 058: Multi-Service Architecture & Framework Requirements Broadband Multi-Service Architecture & Framework Requirements, September 2003.

24. DSL Forum Technical Report 144: Broadband Multi-Service Architecture & Framework Requirements, August 2007.

25. ITU-T Recommendation H.264: Advanced video coding for generic audiovisual services // ITU-T White Book, May 2003.

26. E. Mikoczy, D. Sivchenko, B. Xu, J. I. Moreno. "IPTV Services over IMS: Architecture and Standardization" // IEEE Communications Magazine, May 2008.

27. A. Cuevas et al. "The IMS Service Platform: A Solution for Next-Generation Network Operators to Be More Than Bit Pipes" // IEEE Commun. Mag., vol. 44, no. 8, Aug. 2006.

28. ATIS IPTV High Level Architecture Standard (ATIS- 0800007), ATIS IPTV

109

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36

37.

38,

39

40

41,

42

43

44

45

46

47

48

Interoperability Forum (IIF), 2007.

Video LAN Client software, open source code, http:// www.videolan.org/ ETSI TS 183 063 V0.0.6, TISPAN, "IMS-Based IPTV Stage 3 Specification," tech. spec, draft, Nov. 2007.

Fraunhofer FOKUS, Open IMS Core project, open source code,http: //www.openimscore.org/

ETSI ETS 300 707: Electronic Programme Guide (EPG); Protocol for a TV Guide using electronic data transmission, April 2003. ETSI TR 101 201: Digital Video Broadcasting (DVB);Interaction channel for Satellite Master Antenna TV (SMATV) distribution systems; Guidelines for versions based on satellite and coaxial sections, October 1997. IETF RFC 3550(July 2003), RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications.

IETF RFC 3261( June 2002), SIP: Session Initiation Protocol. IETF RFC 2205( September 1997), Resource ReSerVation Protocol (RSVP)-Version 1 Functional Specification. IETF RFC 2453(November 1998), RIP Version 2. IETF RFC 2080(January 1997), RIPng for IPv6. IETF RFC 2328(April 1998), OSPF Version 2.

IETF RFC 4271 (January 2006), A Border Gateway Protocol 4 (BGP-4).

IETF RFC 3376(October 2002), Internet Group Management Protocol,

Version 3.

http://www.bcc.ru

http://www.telcogroup.ru

http://www.alcatel-lucent-rt.ru

http://www.ericsson.com/ru

http://www.huawei.com/ru/

http://www.nortel.com/

ITU-T Recommendation Y.1910: IPTV functional architecture// ITU-T White Book, September 2008.

49. Али Раад Абдо Мохаммед. Архитектура сети IPTV с использованием платформы IMS, Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» МФИ-2012. - М.: МТУСИ, 2012. - С. 63-64.

50. IPTV Session Mobility, Ignacio Mas, Viktor Berggren, Rittwik Jana, John Murray, Christopher W Rice, IEEE Xplore, June, 2009.

51. ETSI TS 182 027 V2.0.0, TISPAN, "IPTV Architecture; IPTV Functions Supported by the IMS Subsystem," tech. spec, draft, Feb. 2008.

52. Рекомендация МСЭ-Т J.181, "Сообщение с меткой о вставке цифровой программы для систем кабельного телевидения", June, 2004.

53. ETSI TS 182 006 V2.0.4, TISPAN, "IP Multimedia Subsystem (IMS) ", Stage 2 description, Technical Specification, May, 2008.

54. A. M. Али Раад, А. П. Пшеничников. Анализ времени установления соединений при предоставлении услуг IPTV / Труды конференции «Северо-кавказского филиала московского технического университета связи и информатики». - М.: Ростов-на-Дону, 2013. — с. 34-37.

55. Пшеничников А. П., Али Раад А. М. Оценка времени установления соединений при предоставлении услуг IPTV с использованием платформы IMS // T-Comm - Телекоммуникации и транспорт, Москва, 2013. №7.-С. 99-101.

56. Пшеничников А. П., Али Раад А. М. Оценка времени переключения каналов IPTV / Труды РНТОРЭС им. А. С. Попова. - М.: Информпресс-94, 2013.-с. 38-40.

57. Recommendation ITU-T G1080. Quality of experience requirements for IPTV services, 2008. - 44 p.

58. DSL Forum, "Triple-play Services Quality of Experience (QoE) Requirements," DSL Forum, Tech. Rep., Dec. 2006, DSL Forum, Tech. Rep. TR-126.

59. Chae YL, Chang KH, Kang YL. Reducing Channel Zapping Time in IPTV Based on User's Channel Selection Behaviors. IEEE Trans, 2010, Broad 56(3): 321-330.

60. H. Joo, H. Song, D.B. Lee, I. Lee. "An Effective IPTV Channel Control Algorithm Considering Channel Zapping Time and Network Utilization," Broadcasting, IEEE Transactions on, 2008, art. no. 4446230, pp. 208-216.

61. International Telecommunication Union Focus Group on IPTV (2007). ITU-T IPTV Focus Group Proceedings 2007. [Online]. Available http://www.itu.int/pub/T-PROC-IPTVFG-2007.

62. Sibel Malkos, Erdem Ucar and Rafet Akdeniz. Improving QoE in multicast IPTV systems: Channel zapping times. Scientific Research and Essays Vol. 7(35), pp. 3107-3113, 6 September, 2012

63. B. Dekeris, L. Narbutaite. IPTV Channel Zap Time Analysis // Electronics and Electrical Engineering. - Kaunas: Technologija, 2010. - No. 10(106). - P. 117-120.

64. International Telecommunication Union Focus Group on IPTV (2008). ITU-T IPTV Focus Group Proceedings 2008. [Online]. Available: http://www.itu.int/pub/T-PROC-IPTVFG-2008.

65. Siebert P. Analysis and Improvements of Zapping Times in IPTV Systems. IEEE Trans. 2009. Broad 55(2):407-418.

66. K. Link, W. Sim. "Switch Delay Analysis qf a Multi-Channel Delivery Method for IPTV," 2008 4th IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communications, 2008, ICCSC , art. no. 4536798, pp. 471-476.

67. Begic Z, Bolic M, Bajric H. Effect of Multicast on IPTV Channel Change Performance. 50th International Symp, 2008, -ELMAR.

68. A.C. Begen, N. Glazebrook, W. Ver Steeg. "A Unified Approach for Repairing Packet Loss and Accelerating Channel Changes in Multicast IPTV," Consumer Communications and Networking Conference, IEEE, 2009, pp. 1-6.

69. Y. Zhu, W. Liu, L. Dong, W. Zeng, H. Yu. "High Performance Adaptive Video Services based on Bitstream Switching for IPTV Systems," Consumer Communications and Networking Conference, IEEE, 2009, pp. 1-5.

70. S.G.Choi, H.J. Park, J.M.Lee, J.K.Choi. "Adaptive Hybrid Transmission Mechanism for On-Demand Mobile IPTV Over WiMAX," Broadcasting, IEEE

Transactions on, June 2009, Vol. 55, Issue 2, pp. 468 - 477.

71. U. Jennehag, S. Pettersson. "On Synchronization Frames for Channel Switching in a GOP-based IPTV Environment," IEEE Consumer Communications & Networking Conference, January 2008, pp.638-642.

72. U. Jennehag, T. Zhang, S. Pettersson. "Improving Transmission Efficiency in H.264 Based IPTV Systems", IEEE Transactions on Broadcasting, March 2007, pp.69-78.

73. U. Jennehag and T. Zhang. "Increasing bandwidth utilization in next generation iptv networks," International conference on Imgage Processing (ICIP), Singapore, Oct 2004, pp. 2075-2078.

74. Cisco Visual Quality Experience Whitepaper, "Delivering Video Quality in Your IPTV Deployment", Nov 2006.

75. J. Caja. "Optimization of IPTV Multicast Traffic Transport over Next Generation", Metro Networks, 12th International Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium, Nov 2006, art. no. 4082440.

76. R. Shmueli, O. Hadar, R. Huber, M. Maltz, M. Huber. "Effects of an Encoding Scheme on Perceived Video Quality Transmitted Over Lossy Internet Protocol Networks," Broadcasting, IEEE Transactions on, 2008,Vol. 54, Issue 3, pp. 628 - 640.

77. M. Rezaei, M. M. Hannuksela, M. Gabbouj. "Tune-in Time Reduction in Video Streaming Over DVB-H," Broadcasting, IEEE Transactions on, March 2007, Vol. 53, Issue 1, pp. 320 - 328.

78. C. Cho, I. Han, Y. Jun and H. Lee. "Improvement of Channel Zapping Time in IPTV Services Using the Adjacent Groups Join-Leave Method," 6th Intern. Conf. on Advanced Communication Technology, 2004, pp.971-975.

79. J. Lee, G. Lee, S. Seok, B. Chung. "Advanced Scheme to Reduce IPTV Channel Zapping Time," Lecture Notes in Computer Science 4773 LNCS, pp. 235-243.

80. H. Fuchs, N. Farber, IIS Fraunhofer, G Erlangen. "Optimizing channel

change time in IPTV applications," IEEE International Symposium on

113

Broadband Multimedia Systems and Broadcasting 2008, Broadband Multimedia Symposium 2008, BMSB , art. no. 4536619.

81. Y. Lee, J. Lee, I. Kim, H. Shin. "Reducing IPTV channel switching time using H.264 scalable video coding," Consumer Electronics, IEEE Transactions on, 2008, pp. 912-919.

82. Rajah R. Optimizing Channel Change Time. - Cisco IPTV Practice, 2008. -22p.

83. http://www.home.agilent.com

84. Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика: Учеб пособие. М.: Изд-во РУДН, 2009. - 342 с

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

86. BaskettF., К. М. Chandy, R. R. Muntz, andF. G. Palacios. "Open, Closed, and Mixed Networks of Queues with Different Classes of Customers", Journal of the ACM, Vol. 22, No. 2, April 1975, pp. 248-260.

87. S. Sivasothy, G. M. Myoung, and N. Crespi. A unified session control protocol for IPTV services. In Proceedings of the 11th International Conference on Advanced Communication Technology, pp. 961-965, February 15-18, 2009, Gangwon-Do, South Korea.

88. R. G. Shiroor. IPTV and VoD services in the context of IMS. In International Conference on IP Multimedia Subsystem Architecture and Applications, pp. 15, December 6-8, 2007.

89. B. Chatras, M. Said. Delivering Quadruple Play with IPTV over IMS. www.icin.biz/files/programmes/Session8A-l.pdf. Accessed: July 1, 2010.

90. Internet draft. SDP media capabilities Negotiation draft-ietf-mmusic-sdp-media-capabilities-09. http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-mmusic-sdp-media-capabilities-09. Expires: August 2010.

91. C. Riede, A. Al-Hezmi and T. Magedanz. Session and media signaling for IPTV via IMS. In Proceedings of the 1st International Conference on Mobile Wireless Middleware, Operating Systems, and Applications. February 13 - 15,

114

2008. Brussels, Belgium.

92. Z Shibeshi, A. Terzoli, andK. Bradshaw. Streaming Session Transfer between Registered User Agents. In SATNAC'10: Proceedings of the 13th Southern African Telecommunications Networks and Applications Conference. Spier Estate, Stellenbosch, South Africa, 5 to 8 September 2010.

93. R. Spiers, R. Marston, R Good and N. Ventura. The UCT IMS IPTV Initiative. In Proceedings of the 2009 Third International Conference on Next Generation Mobile Applications, Services and Technologies, pp. 503-508. 2009.

94. The Open Source IMS Project, http://www.openimscore.org/

95. P. R. Wilson and N. Ventura. A Direct Marketing Platform for IMS-Based IPTV. In SATNAC'09: Proceedings of the 12th Southern African Telecommunications Networks and Applications Conference. Ezulwini, Swaziland, 30 August to 2 September 2009.

96. Queueing networks and Markov chains: modeling and performance evaluation with computer science applications / Gunter Bolch .,. [et al.].-2nd rev. and enlarged ed., 2006.

97.Nagy, L., Uramova, J., Filka, M., Sporik, J., Vychodil, P.: Analysis of VoD Service in the IP Multimedia Subsystem using Open Source Platforms. In: NIMT 2011 - New Information and Multimedia Technologies, Brno, Czech Republic, 15.-16. Sept. 2011. pp. 11-14. ISBN: 978-80-214-4241-2.

98. Nisha Rajagopal. Modeling and Performance Prediction of IP Multimedia Subsystem Networks. Raleigh 2006.

99. Mkwawa, I. M., Kouvatsos D. D.: Performance Modelling and Evaluation of IP Multimedia Subsystems. In: HET-NETs 2008 International Working Conference on Performance Modelling and Evaluation of Heterogeneous Networks, pp. B07.1-B07.7 , 2008.

100. Mkwawa, I. M., Kouvatsos D. D.: Performance Modelling and Evaluation of

Handover Mechanism in IP Multimedia Subsystems. In: ICSNC 2008:

Proceedings of the 2008 Third International Conference on Systems and

Networks Communications, pp. 223-228. IEEE Computer Society Press,

115

Washington, DC, USA, 2008.

101. Александр Голъдштейн, Борис Голъдштейн. Обзор решений IMS -найдите десять отличий // «Connect! Мир связи», май 2008, pp. 52-60.

102. Iskratel. Описание системы мультисервисный узел управления вызовами: SI3000 CS, SI3000 SMG, SI3000 AS. SI3000 MSCN, Январь 2011 г.

103. Mesued Н. et al. Problem of IMS modeling - Solving Approaches, The Fifth International Conference on Communication Theory, Reliability, and Quality of Service. ISBN: 978-1-61208-192-2, IARIA, 2012.

104. Али Раад A. M., Гайдамака Ю. В., Пшеничников А. И Модель установления соединений с использованием платформы IMS при предоставлении услуг IPTV // Электросвязь. -2013.- №10.- С.46 - 51 .

105. Али Раад А. М., Зарипова Э.Р. Построение математической модели предоставления услуги IPTV // Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» МФИ-2013. - М.: МТУСИ, 2013.

106. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1988.

107. Власов Л.В., Колесников Д.Н., Сорокин И. А. Имитационное моделирование систем массового обслуживания с использованием GPSS: Учебное пособие. - Л.: ЛПИ, 1989.

108. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов по спец. «Автоматизир. системы обработки информ. и упр.». - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1998.-319 е.: ил.

109. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука / Пер. с англ. под ред. Е.К. Масловского. - М.: Изд. "Мир", 1978. - 418с.

110. Шакин В.Н., Воробейников Л.А., Шибанов С.Е., Семенова Т.И. Моделирование систем и сетей связи: Учебное пособие/МИС.- М., 1988.

111. Методические указания по использованию средств имитационного

моделирования систем и сетей связи для слушателей ФПКП/ Л.А.

116

Воробейников, В.Н.Шакин, С.Е.Шибанов/МИС. - М., 1990.

112. Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS: Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1980.

113. Томашевский В., Жданова Е. Имитационное моделирование в среде GPSS. - М.: Бестселлер, 2003. - 416 с. ISBN 5-98158-004-6

114. Кудрявцев Е. М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. - М.: ДМК Пресс. 2004. - 320 е.: ил.

115. Руководство пользователя по GPSS World. / Перевод с английского/. -Казань: Изд-во «Мастер Лайн.» 2002 - 384 с.

116. Зарипова Э.Р., Вихрова О.Г., А. М. Али Раад. Имитационная модель обслуживания вызовов услуги IPTV на базе IMS. Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» МФИ-2013. - М.: МТУСИ, 2013.

117. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978.

118. Бочаров П. П., Печинкин А. В. Теория вероятностей. Математическая статистика. -2-е изд. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. -296 с. - ISBN 5-92210633-3.

Приложение 1 Рабочие группы по стандартизации IPTV

Таблица П. 1.1. - Рабочие группы ITU-T IPTV-FG

Номер Название Деятельность

WG1 Architecture and Requirements - согласование деятельности с другими организациями по стандартизации 1РТУ; - интеграция результатов деятельности организаций по стандартизации 1РТУ; - контроль и координация деятельности организаций по стандартизации 1РТУ; - разработка терминологии 1РТУ.

WG2 QoS and Performance Aspects - выделение типов 1РТУ-услуг; - разработка требований к 1РТУ-услугам; - управление медиа-ресурсами.

WG3 Service Security and Contents Protection Aspects - разработка требований к архитектуре 1РТУ и сети предоставления 1РТУ-услуг; - вопросы предоставления ГРТУ-услуг с помощью одноадресной, многоадресной и широковещательной передачи данных.

WG4 IPTV Network Control - вопросы качества обслуживания трафика 1РТУ и производительности сети предоставления 1РТУ_услуг; - управление трафиком 1РТУ и ресурсами сети предоставления ГРТУ-услуг.

WG5 End Systems and Interoperability Aspects - вопросы операционной деятельности, например, биллинга и обеспечения безопасности; - вопросы управления 1РТУ-услугами и сетью предоставления ГРТУ-услуг.

WG6 Middleware, Application and Content Platforms - вопросы программного обеспечения 1РТУ, платформ приложений и предоставления контента.

Таблица П. 1.2. - Рабочие группы ATIS IIF

Рабочие группы Деятельность

IIF Architecture TF - разработка функциональных требований к архитектуре ГРТУ - разработка самой архитектуры 1РТУ

IIF Digital Rights Management TF - разработка требований и спецификаций, обеспечивающих совместимость между различными

системами DRM, программным обеспечением IPTV и абонентским оборудованием

IIF Interoperability and Testing I F - определение спецификаций интерфейсов совместно с рабочей группой IIF Architecture TF - разработка методов тестирования и проверки совместимости деятельности других организаций по стандартизации IPTV - разработка на основе спецификаций интерфейсов тестовых экземпляров оборудования

IIF Metadata TF - вопросы, касающиеся информации о счете подписчика - вопросы, связанные с интерактивным каталогом услуг (IPG) - вопросы переменных биллинга - вопросы транзакций видео по требованию

IIF QoS Metrics TF - определение показателей, методов для обеспечения требуемого качества обслуживания (в том числе, качества восприятия QoE) приложения IPTV

Таблица П. 1.3. - Стандарты ATIS IIF

Номер Название Описание

ATIS-0800001 IPTV DRM Interoperability Requirements Требования к совместимости систем и компонент подсистемы защиты контента DRM.

ATIS-0800002 IPTV Architecture Requirements Первоначальный набор требований к архитектуре сквозного предоставления IPTV-услуг.

ATIS-0800003 IPTV Architecture Roadmap Обзор спецификаций рабочей группы ATIS IIF.

ATIS-0800004 IPTV QoS Framework Document Обзор, определение и средства поддержки создания показателей качества обслуживания QoS.

ATIS-0800005 IPTV Packet Loss Issue Report Технический отчет о возможных решениях проблемы потерь пакетов и рекомендации по их применению для случая предоставления IPTV-услуг.

ATIS-0800006 IIF Default Scrambling Algorithm Простой алгоритм шифрования (IIF Default Scrambling Algorithm, IDSA), который поддерживает совместимость благодаря шифрованию / дешифрованию MPEG-2 видеопотоков.

ATIS-0800007 IPTV High Level Architecture Высокоуровневая архитектура сквозного предоставления IPTV-услуг с поддержкой совместимости систем.

Таблица П. 1.4. - Стандарты форума DSL

Область стандартизации Стандарты

Цифровой дом - TR-064 LAN-Side DSL CPE Configuration - TR-069 CPE WAN Management Protocol - TR-098 Internet Gateway Device Data Model for TR-069 - TR-104 Provisioning Parameters for VoIP CPE - TR-106 DSLHome Data Model Template for TR-069 Enabled Devices - TR-111 DSLHome Applying TR-069 to Remote Management of Home Networking Devices - TR-140 TR-069 Data Model for Storage Service Enabled Devices

Сети доступа следующего поколения - TR-101 Migration to Ethernet Based DSL Aggregation - TR-113 MCM Specific Managed Objects in VDSL Network Element - TR-126 Triple-Play Services Quality of Experience (QoE) Requirements

Управление сетью - TR-129 Protocol-Independent Management Model for Next Generation DSL Technologies - TR-130 xDSL EMS to NMS Interface Funtional Requirements

Таблица П. 1.5. - Стандарты ISMA

Стандарты Описание

ISMA Implementation Specification (ISMA 2.0 Spec) Спецификация форматов сжатия аудио и видео и передача контента по 1Р-сети: - формат сжатия видео MPEG-4 / AVC (Н.264) [ISO/IEC 14496-10, ITU-T Н.264]; - форматы сжатия аудио ААС и НЕ-ААС [ISO/IEC 14496-3]; - транспортировка данных происходит непосредственно по протоколу RTP [RFC 3984, RFC 3640] без уровня MPEG-2 TS [ISO/IEC 13818-1, ITU-T Н.222.0].

ISMA Encryption and Authentication (ISMACryp) Спецификация, определяющая механизм шифрования контента, основанного на принципе формирования пакетов уже после шифрования аудио- и видео-данных: - шифрование контента на источнике; - независимость схемы шифрования от системы управления публичными ключами (Key Management System, KMS);

- возможность интеграции схемы шифрования с любой из систем управления публичными ключами; - БУВ-Н стандартизировал спецификацию КМАСгур в качестве системы шифрования потокового контента в мобильных сетях.

ISMA Closed Caption (ISMA CC) Спецификация определят механизмы передачи данных и текста по ГР-сети.

Таблица П. 1.6. - Спецификации HGI

Название Описание

HGI Release 1 - требования к операторам сети связи - основные функциональные требования к домашним шлюзам: к интерфейсам WAN и LAN, к IP связанности, маршрутизации, качеству обслуживания, безопасности, удаленному управлению и под держке предоставления услуг

HGI Release 2 (в процессе разработки) - под держка конвергентных фиксированных и мобильных сетей - функция «plug and play» - под держка улучшенных показателей качества обслуживания - дополнительные функции удаленного управления - поддержка и управление сквозным предоставлением услуг

HGI Release 3 (в процессе разработки) - поддержка возможностей сетей NGN - среда SOHO - под держка подсистемы IMS

Таблица П. 1.7. - Спецификации UPnP

Назначение спецификаций Спецификации

Аудио и видео - MediaServer V2.0 and MediaRenderer V2.0 - MediaServer V1.0 and MediaRenderer V1.0

Базовое абонентское оборудование - Basic Device V1.0

Автоматизация подключения абонентского оборудования к домашней сети - Digital Security Camera V1.0 - HVACV1.0 - Lighting Controls V1.0

Объединение абонентского оборудования в единую домашнюю сеть - Internet Gateway V1.0 - WLAN Access Point V 1.0

Принтер - Printer Enhanced V1.0 - Printer Basic V1.0

Удаленное управление домашней сетью - Remote UI Client VI .0 and Remote UI Server V 1.0

Сканер - Scanner V 1.0

Дополнительные услуги - Device Security VI .0 and Security Console V 1.0 - Low Power V 1.0 - Quality of Service V1.0 - Quality of Service V2.0

Технические требования к абонентским устройствам, сети доступа и сети агрегации

Абонентское устройство должно быть оснащено аппаратным декодером или достаточно мощным процессором для декодирования цифрового видеосигнала соответствующей кодировки (MPEG2, MPEG4, WM11, Н.264 и др.) в режиме реального времени с приемлемым качеством.

Требования к абонентской сети доступа

Для обеспечения приемлемого качества изображения на бытовом стандартном телевизоре (SDTV) прямой канал передачи информации по абонентской сети доступа (от центра предоставления услуг до абонентского устройства) для каждого абонента должен удовлетворять следующим параметрам:

■ иметь минимальную пропускную способность;

■ гарантированное качество полосы пропускания - во избежание

задержек передачи данных.

Поскольку данная услуга не является интерактивной, то обратный канал (от абонента до центра предоставления услуг) непосредственно для ее предоставления не требуется, но, для обеспечения возможности оказания различных дополнительных услуг (EPG, Shifted-TV и др.) система может требовать его наличия (без каких-либо серьезных претензий по его пропускной способности).

Требования к транспортной сети и сети уровня агрегации

Требуемые параметры транспортной сети и сети уровня агрегации зависят от того, сколько всего ретранслируемых каналов и каковы требования к качеству их передачи. Пропускная способность сети в прямом направлении (от станции ретрансляции до каждого из центров предоставления услуг) должна обеспечивать одновременную передачу в широковещательном режиме (broadcast или multicast) видеосигнала для всех ретранслируемых каналов. При непрерывной передаче видеосигнала в режиме реального времени нет возможности произвести коррекцию неизбежно возникающих на канале ошибок, поэтому для обеспечения качества передаваемых каналов к сети также могут предъявляться нижеследующие требования (конкретные показатели зависят от применяемых кодировок и систем передачи LC).

■ Минимальный уровень потерь при передаче (избыточности кодирования видеосигнала должно быть достаточно что бы «донести» до абонента изображение приемлемого качества).

■ Минимальный параметр задержки передачи (например, при применении спутниковых каналов придется смириться с тем, что передача телеканала будет идти с задержкой примерно в полсекунды).

■ «Эластичность» канала (современные цифровые стандарты кодирования видеосигнала могут приводить к резким всплескам трафика при передаче динамических сцен с большим количеством движущихся в различных направлениях объектов; таким образом, лучшее качество передачи будет обеспечено если канал достаточно «эластичен», то есть позволяет кратковременно передавать до 2-х кратной величины объема трафика от норматива при сохранении средней нормированной загрузки).

■ Латентность (устойчивость задержки передачи) канала (появление нерегулярных задержек и пропаданий канала может приводить к «рассыпанию» картинки в эти моменты с последующим ее восстановлением).

Обратный канал (от центров предоставления услуг до станции ретрансляции и центрального офиса) непосредственно для предоставления услуг ЬС не требуется, но может использоваться системой предоставления ЬС для управления оборудованием системы и получения статистики.

Технические характеристики

Характеристики станции ретрансляции:

■ форматы контентного и транспортного потоков принимаемых сигналов;

■ форматы контентного и транспортного потоков передаваемых сигналов;

■ максимальная задержка транскодирования;

в уровень потери качества при транскодировании;

■ тип вещания: одноадресная, многоадресная и широковещательная рассылка.

Характеристики узла предоставления услуг (потокового сервера и портала):

■ размер буфера потока, Гбайт;

■ тип вещания: одноадресная, многоадресная и широковещательная рассылка;

■ номинальное и максимальное количество одновременно обслуживаемых пользователей;

■ количество уровней горячего резервирования;

■ интерфейс подключения к транспортной сети (например, Gigabit Ethernet);

■ интерфейс подключения к абонентской сети. Технические характеристики видеопотока включают:

■ формат кодирования видео: MPEG2, MPEG4 (XviD, DivX, Н.264), WM11 и др.;

■ формат записи аудио: MPEG2, МРЗ (MPEG3);

■ скорость (средняя скорость) потока видео и аудио, Мбит/с.

Конфигурируемые параметры

В зависимости от имеющихся возможностей, ретрансляция может осуществляться в вариантах с различным качеством видео. Например, для стандарта сжатия видео MPEG-4 применяться следующие градации:

■ качество для предпросмотра -1 Мбит/с;

■ стандартное качество -2 Мбит/с;

■ премиум качество - 3 Мбит/с.

Другим важными параметрами ретранслируемого телеканала могут быть:

■ язык звукового сопровождения фильма; в наличие и язык субтитров;

■ вариант звукового сопровождения: моно, стерео, Dolby Surround, Dolby Digital и др.

Как уже было сказано выше, также возможно предоставление выбора варианта просмотра телеканала абонентом: с рекламной информацией (по пониженной стоимости или бесплатно) или без рекламной информации (за полную стоимость). При наличии в сети абонентских устройств, позволяющих воспроизводить видео в различных стандартах сжатия, возможно также предоставление абоненту выбора (или автоматический выбор) варианта видеопотока, сжатого с использованием соответствующего стандарта.

Решение системы уравнений

Распишем следующую систему уравнений

Получим:

¿1,1 - я 0,

Л 2 ,1 = ¿1,1'

^3,1 = ¿2,1 '

¿4,1 = ¿3,1 '

Л 5 ,1 = ¿4,1 -

^ 6 ,1 = ¿5,1 '

^ 7 ,1 - ¿6,1 '

^1,2 = ¿2,2 '

Я 2 >2 = ¿3,2'

^3,2 ^4,2 ¿ 5 ,2 ^ 6 ,2 ^ 2 ,3 Л 3 ,3 = ¿4,2' ¿5,2' ¿6,2' ¿1,1' ¿1,2-¿ 2 ,3 ■ Л1,5 ¿1,6 ¿2,6 ¿3,6 ¿4,6 = ¿6,5 ¿2,6 ¿3,6 ¿4,6 ¿6,6

^4,3 = ¿3,3 ' ¿2,1 = ¿1,6

Л 6,3 ^ 7 ,3 ^1,4 ^ 2 ,4 ^3,4 4 ,4 ¿6,4 = ¿ 4,3 ' ¿6,3' ¿2,4 ' ¿3,4' ¿ 4,4 ' ¿6,4 > ¿1,3' ¿3,7 ¿4,1 ¿6,1 ¿1,1 ¿6,» ¿4,8 — ¿2,1 ¿3,1 ¿4,1 ¿6,1 ¿1,1 ¿6,8

^ 2 ,5 = ¿1,4 ' 2 3,8 = ¿4,8

¿3,5 Л 4,5 * 6 ,5 = ¿2,5 ' ¿3,5 ■ ¿4,5' ¿2,8 ¿1,8 = ¿3,8 ¿2,8

Текст программы имитационной модели на языке GPSS World

lambda EQU 5.0

mul EQU .4 ;;;PCSCF

mu2 EQU .4 ;;;SCSCF

mu3 EQU .4 ;;;ICSCF

mu4 EQU .5 ;;;IPTVAS

mu5 EQU .5 ;;;MCF

INITIAL X$TIME,0 INITIAL X$TYPE,0

GENERA TE(EXPONENTIAL( 1,0,lambda)) MARK 2

SAVEVALUE TYPE,0 ASSIGN 1,X$TYPE METKA1 TEST L P1,8,METKA5 SAVEVALUE TYPE+,1 ASSIGN 1,X$TYPE TEST E P1,6,METKA3 TEST E (P1 @2), 1 ,METKA2 METKA 11 ADVANCE 1 ADVANCE 50 QUEUE PCSCF1 SEIZE PCSCF DEPART PCSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu 1))

RELEASE PCSCF

QUEUE SCSCF1

SEIZE SCSCF

DEPART SCSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu2))

RELEASE SCSCF

QUEUE ICSCF1

SEIZE ICSCF

DEPART ICSCF1

ADVANCE (EXPONENTIA L( 1,0,m u3 ))

RELEASE ICSCF

QUEUE IPTVAS1

SEIZE IPTVAS

DEPART IPTVAS 1

ADVANCE (EXPONENTLAL( 1,0,mu4))

RELEASE IPTVAS

QUEUE MCF1

SEIZE MCF

DEPART MCF1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu5)) RELEASE MCF TRANSFER,METKA 1 METKA2 QUEUE IPTVAS 1 SEIZE IPTVAS DEPART IPTVAS 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu4))

RELEASE IPTVAS

QUEUE ICSCF 1

SEIZE ICSCF

DEPART ICSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu3)) RELEASEICSCF QUEUE SCSCF 1

SEIZE SCSCF DEPART SCSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu2))

RELEASE SCSCF

QUEUE PCSCF1

SEIZE PCSCF

DEPART PCSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu 1)) RELEASE PCSCF ADVANCE 50 ADVANCE 1 TRANSFER ,METKA1 METKA3 SPLIT 1,METKA4

TRANSFER ,METKA1 METKA4 ADVANCE (EXPONENTIAL(l,0,mu5)) QUEUE IPTVAS1 SEIZE IPTVAS DEPART IPTVAS1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu4))

RELEASE IPTVAS

QUEUE ICSCF1

SEIZE ICSCF

DEPART ICSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL(l,0,mu3))

RELEASE ICSCF

QUEUE SCSCF 1

SEIZE SCSCF

DEPART SCSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu2))

RELEASE SCSCF

QUEUE PCSCF 1

SEIZE PCSCF

DEPART PCSCF 1

ADVANCE (EXPONENTIAL( 1,0,mu 1)) RELEASE PCSCF ADVANCE 50 ADVANCE 1 SAVEVALUE TYPE,8 ASSIGN 1,X$TYPE TRANSFER ,METKA11 METKA5 SAVEVALUE TIME,MP2 METKA6 TERMINATE

GENERATE 3600000 TERMINATE 1 START 1

Исходный код имитационной модели с детерминированным временем обслуживания заявок в узлах

muí EQU .4 ;;;PCSCF mu2 EQU .4 ;;;SCSCF mu3 EQU .4 ;;;ICSCF mu4 EQU .5 ;;;IPTVAS mu5 EQU .5 ;;;MCF INITIAL X$TIME,0 INITIAL X$TYPE,0

GENERATE(EXPONENTIAL(l,0,3.6)) MARK 2

SAVEVALUE TYPE,0 ASSIGN 1,X$TYPE МЕТКА 1 TEST L P1,8,METKA5

SAVE VALUE TYPE+,1 ASSIGN 1,X$TYPE TEST E P1,6,METKA3 TEST E (P1@2),1,METKA2 METKA11 ADVANCE 1 ADVANCE 50 QUEUE PCSCF1 SEIZE PCSCF DEPART PCSCF 1 ADVANCE mul RELEASE PCSCF QUEUE SCSCF1 SEIZE SCSCF DEPART SCSCF 1 ADVANCE mu2 RELEASE SCSCF QUEUE ICSCF1 SEIZE ICSCF DEPART ICSCF1 ADVANCE mu3 RELEASE ICSCF QUEUE IPTVAS1 SEIZE IPTVAS DEPART IPTVAS 1 ADVANCE mu4 RELEASE IPTVAS QUEUE MCF1 SEIZE MCF DEPART MCF1 ADVANCE mu5 RELEASE MCF TRANSFER ,METKA1 METKA2 QUEUE IPTVAS 1 SEIZE IPTVAS DEPART IPTVAS 1 ADVANCE mu4 RELEASE IPTVAS QUEUE ICSCF 1 SEIZE ICSCF DEPART ICSCF 1 ADVANCE mu3 RELEASE ICSCF QUEUE SCSCF 1 SEIZE SCSCF DEPART SCSCF 1 ADVANCE mu2 RELEASE SCSCF QUEUE PCSCF 1 SEIZE PCSCF DEPART PCSCF 1 ADVANCE mul RELEASE PCSCF ADVANCE 50 ADVANCE 1 TRANSFER ,METKA1 METKA3 SPLIT 1.METKA4

TRANSFER ,METKA1 METKA4 ADVANCE mu5 QUEUE IPTVAS 1 SEIZE IPTVAS DEPART IPTVAS 1 ADVANCE mu4

RELEASE IPTVAS QUEUE ICSCF 1 SEIZE ICSCF DEPART ICSCF 1 ADVANCE mu3 RELEASE ICSCF QUEUE SCSCF 1 SEIZE SCSCF DEPART SCSCF1 ADVANCE mu2 RELEASE SCSCF QUEUE PCSCF 1 SEIZE PCSCF DEPART PCSCF 1 ADVANCE mul RELEASE PCSCF ADVANCE 50 ADVANCE 1 SAVEVALUE TYPE,8 ASSIGN 1,X$TYPE TRANSFER ,METKA11 METKA5 SAVEVALUE TIME,MP2 METKA6 TERMINATE

GENERATE 3600000 TERMINATE 1 START 1