Модернизация сети для внедрения услуги Push To Talk

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В работе рассматривается возможность предоставления услуги мобильной связи Push To Talk. Операторы сетей мобильной связи сталкиваются с тенденцией снижения темпов роста доходов, получаемых в результате предоставления услуг мобильной телефонии и простых услуг обмена сообщениями.

Снижение темпов роста доходов связано со снижением темпов роста абонентской базы операторов, так как рынок услуг мобильной связи постепенно переходит в состояние насыщения, то есть дальнейшее привлечение абонентов возможно только за счет перехода абонентов от одного оператора к другому, но не за счет подключения новых абонентов. На протяжении последних лет основным средством «переманивания» абонентов от оператора к оператору служила политика демпинга цен на услуги, которая напрямую снижает показатель ARPU (average revenue per user) - средней выручки на одного пользователя мобильной связи. Помимо традиционных услуг мобильной телефонии (голос, обмен короткими сообщениями), портфели операторов, как правило, включают в себя дополнительные услуги добавочной стоимости (VAS - Value Added Services), с предоставлением которых операторы связывают дальнейшее успешное ведение бизнеса. Услуга Push To Talk является одной из них.

Хотя спрос на такие услуги на сегодняшний день не является значительным и не играет решающей роли в сложившейся ситуации, а сами предоставляемые услуги являются достаточно сложными как с точки зрения их подключения, так и с точки зрения использования, будущее именно за ними. Поэтому тема дипломной работы, посвященной моделированию услуги Push To Talk, безусловно, является актуальной.

Целью работы является изучение возможностей предоставления услуги Push To Talk на примере компании ОАО «Вымпелком».

Задачи проекта:

1. Изучение деятельности оператора сотовой связи ОАО «Вымпелком», построение диаграмм бизнес-процессов AS-IS;

2. Разработка аналитической модели услуги Push To Talk;

3. Построение имитационной модели PTT, сравнение результатов.

1. Описание деятельности ОАО «Вымпелком»

1.1 Общая характеристика ОАО «Вымпелком»

Открытое Акционерное Общество «Вымпел-Коммуникации» (далее - ОАО «Вымпелком», «Вымпелком») является крупнейшим провайдером услуг сотовой связи в России, предоставляющим эти услуги под торговой маркой «БИ ЛАЙН». ОАО «Вымпелком» является членом группы компаний, включающей в себя:

* Открытое Акционерное Общество «Вымпел-Коммуникации»;

* Закрытое Акционерное Общество «Макроком»;

* Открытое Акционерное Общество «КБ Импульс»;

* Ряд дочерних предприятий, а также совместных предприятий, в которых группа владеет пакетами акций.

ОАО «Вымпелком» является держателем лицензий на предоставление услуг сотовой связи стандарта DAMPS (цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц) в Московском регионе, а также в восьми областях европейской части России: Самарской, Тверской, Владимирской, Новгородской, Калужской, Рязанской, Ульяновской и Вологодской, а также в республике Карелия, где в общей сложности проживает примерно 28 миллионов человек (19% населения Российской Федерации).

28 апреля 1998 года конкурсная комиссия, образованная Госкомсвязи РФ, подвела итоги рассмотрения предложений операторов сотовой связи относительно создания сетей стандарта DCS-1800 (GSM-1800). В соответствии с решением комиссии, компании группы «Вымпелком» получили лицензии на работу в следующих регионах: Москва и Московская область, Центральный и Центрально-черноземный регион, Поволжский регион, Северо-Кавказский регион, Сибирский регион. Таким образом, АО «Вымпелком» владеет операторскими лицензиями на стандарт GSM-1800 в пяти из восьми регионов России, на территории которых проживают 68% населения России.

АО «Вымпелком» является владельцем торговой марки «БИ ЛАЙН», которая стала первой широко признанной торговой маркой в сфере сотовой связи в России.

Кроме того, «Вымпелком» это:

а) крупнейший провайдер услуг сотовой связи в России: по данным компании число абонентов на конец первого полугодия 2010 года составляло 135 400, а рыночная доля ОАО «Вымпелком» составляла 53% от всего рынка сотовой связи в Москве;

б) обладатель права на использование частотного спектра полосой 2Х30 Мгц с оценочной технической емкостью, достаточной для обслуживания 1,2 млн. абонентов в городе Москве;

в) держатель лицензий на предоставление услуг сотовой связи стандарта DAMPS в восьми областях европейской части России, где в общей сложности проживает примерно 28 миллионов человек (19% населения Российской Федерации);

г) один из победителей конкурса Госкомсвязи на право операторской деятельности в стандарте GSM-1800 в регионах: Москва и Московская область, Центральный и Центрально-черноземный регион, Поволжский регион, Северо-кавказский регион, Сибирский регион, на территории которых проживают 68% населения России;

д) имеет крупнейшую дистрибьюторскую сеть для распространения услуг сотовой связи в Москве: три офиса продаж и более 29 независимых дилера; свыше 136 точек реализации. По состоянию на декабрь 2010 года абоненты московской сети стандарта DAMPS могли пользоваться услугами роуминга в 44 регионах России и 5 странах СНГ, а также в США и Канаде. Абоненты сети стандарта GSM-1800 имеют возможность пользоваться услугами роуминга в странах Европы и прочих регионах, где функционируют системы стандартов GSM-900 или GSM-1800. На конец 2010 года заключено 10 международных роуминговых соглашений.

е) ОАО «Вымпелком» - первая российская компания, акции которой включены в листинг Нью-Йоркской фондовой биржи в ноябре 1996 года.

1.2 Модель бизнес-процессов организации

Разработка бизнес процессов компании мобильной связи содержит необходимую информацию для их понимания. Это достигается с помощью такого CASE-средства как AllFusion process Modeler. Рассматриваемая предметная область очень велика и глобальна, поскольку в ней сводится вся информация не только об обслуживании абонентов сети, но и взаимодействие различных аппаратных средств, баз данных, информационных систем и т.д. Поэтому в рассматриваемой работе мы не будем углубляться, рассматривая все процессы, а коснемся только звонков абонентов и их оплаты.

Функциональная структура организации представляет собой положение дел на предприятии на момент обследования, позволяет понять, что делает и как функционирует предприятие с позиции системного анализа.

Описание модели - «как есть» А-0 (Табл. 1.1, Рис 1.1) является описанием деятельности организации в целом. Преобразует входящие данные в выполненные операции в соответствии с процедурами обработки данных.

При помощи декомпозиции мы разобьем деятельность компании мобильной связи на более конкретные составные части процессов - диаграмма А0 (Табл. 1.2, Рис 1.2). В ней работами являются такие процессы:

1) принять звонок;

2) биллинг;

3) пополнить лицевой счет;

4) собрать всю информацию в БД.

Таблица 1.1. Деятельность компании мобильной связи - А-0

Название стрелки	Тип стрелки
Процедуры сбора платежей	Управление
Тарифный план	Управление
Процедуры расчета	Управление
Процедуры сбора и обработки услуг	Управление
Инструкции кодов	Управление
Интернет протоколы	Управление
Стандарт GSM	Управление
Электронный документооборот	Управление
Звонки абонентов	Вход
Оплата услуг	Вход
SMS, GPRS, WAP и др. услуги	Вход
Партнеры, филиалы и др. системы	Вход
Voice-сервер	Механизм
Система сервисных телефонных карт	Механизм
АТС	Механизм
Корпоративная сеть (Oracle)	Механизм
Биллинговая система	Механизм
WEB кабинет	Механизм
Система сбора и обработки платежей	Механизм
База данных учетных записей	Механизм
Выполненные услуги	Выход

Рис. 1.1. Деятельность компании мобильной связи - А-0

Таблица 1.2. Деятельность компании мобильной связи - А-0

Arrow name	Arrow source	Arrow source type	Arrow destination	Arrow destination type
Звонки абонентов	Граница диаграммы		Принять звонок	Вход
Инструкции кодов	Граница диаграммы		Принять звонок	Управление
USSD сервер	Граница диаграммы		Принять звонок	Механизм
АТС	Граница диаграммы		Принять звонок	Механизм
Voice-сервер	Граница диаграммы		Принять звонок	Механизм
Стандарт GSM	Граница диаграммы		Принять звонок	Управление
Принятые звонки и операции	Принять звонок	Выход	Биллинг	Вход
SMS, GPRS, WAP и др. услуги	Граница диаграммы		Биллинг	Вход
Тарифный план	Граница диаграммы		Биллинг	Управление
Процедуры сбора и обработки услуг	Граница диаграммы		Биллинг	Управление
Процедуры расчета	Граница диаграммы		Биллинг	Управление
Биллинговая система	Граница диаграммы		Биллинг	Механизм
Расчет абонентов	Биллинг	Выход	Собрать всю информацию в БД	Вход
Оплата услуг	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Вход
Процедуры расчета	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Управление
Процедуры сбора платежей	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Управление
Стандарт GSM	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Управление
Интернет протоколы	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Управление
Система сбора и обработки платежей	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Механизм
Система сервисных телефонных карт	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Механизм
База данных учетных записей	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Механизм
WEB кабинет	Граница диаграммы		Пополнить лицевой счет	Механизм
Баланс на учетной записи	Пополнить лицевой счет	Выход	Собрать всю информацию в БД	Вход
Электронный документооборот	Граница диаграммы		Собрать всю информацию в БД	Управление
Партнеры, филиалы и др. системы	Граница диаграммы		Собрать всю информацию в БД	Вход

Рис. 1.2. Диаграмма декомпозиции - А-0

Биллинговая система является «счетчиком» всех услуг, который переводит, например звонки по межгороду в денежный показатель. Биллинговая система является основой в работе компании мобильной связи.

Так как мы взяли за работу процесс принятия звонка, нужно рассмотреть пополнение лицевого счета. Этот процесс занимает второе место после биллинга, за счет того что изначально каждое предприятие работает на получение прибыли.

Ну и наконец, нужно где-то хранить обработанную информацию, поэтому, создается база данных корпоративной сети. В базе данных хранится информация обо всей компании связи - это и абонентское обслуживание, и персонал, информационные системы, бухгалтерия и т.д.

Следующий этап декомпозиции - разбиение на составные части процесса принятия звонка - А-1 (Табл. 1.3, Рис 1.3). Он состоит:

1) Распознать операцию;

2) Связать с другим абонентом;

3) Связать с оператором для консультации;

4) Отправить USSD запрос;

5) Связать с автоответчиком.

При поступлении звонка на АТС звонок распознается на наличие системного кода, принадлежит ли данная операция выполняемым, поддерживается ли она. Следующим шагом является передача вызова либо оператору, либо другому абоненту, либо автоответчику.

Таблица 1.3. Принять звонок - А-1

Arrow name	Arrow source	Arrow source type	Arrow destination	Arrow destination type
Звонки абонентов	Граница диаграммы		Распознать операцию	Вход
Инструкции кодов	Граница диаграммы		Распознать операцию	Управление
Инструкции кодов	Граница диаграммы		Связать с другим абонентом	Управление
Инструкции кодов	Граница диаграммы		Связать с оператором для консультации	Управление
Инструкции кодов	Граница диаграммы		Связать с автоответчиком	Управление
Стандарт GSM	Граница диаграммы		Отправить USSD запрос	Управление
АТС	Граница диаграммы		Распознать операцию	Механизм
АТС	Граница диаграммы		Связать с другим абонентом	Механизм
АТС	Граница диаграммы		Связать с оператором для консультации	Механизм

Рис. 1.3. Принять звонок - А-1

В работе А2 (Табл. 1.4, Рис. 1.4) - биллинг происходит так: сначала данные о звонках, sms и т.д. собираются, обрабатываются и переводятся с помощью ограничений и лимитов тарифных планов в денежное выражение.

Таблица 1.4. Биллинг - А-2

Arrow name	Arrow source	Arrow source type	Arrow destination	Arrow destination type
Процедуры сбора и обработки услуг	Граница диаграммы		Собрать и обработать данные услуги	Управление
Тарифный план	Граница диаграммы		Тарифицировать	Управление
Процедуры расчета	Граница диаграммы		Рассчитать услуги	Управление
Принятые звонки и операции	Граница диаграммы		Собрать и обработать данные услуги	Вход
SMS, GPRS, WAP и др. услуги	Граница диаграммы		Собрать и обработать данные услуги	Вход
Биллинговая система	Граница диаграммы		Собрать и обработать данные услуги	Механизм
Биллинговая система	Граница диаграммы		Тарифицировать	Механизм
Биллинговая система	Граница диаграммы		Рассчитать услуги	Механизм
Результат обработки	Собрать и обработать данные услуги	Выход	Тарифицировать	Вход
Переведенные услуги	Тарифицировать	Выход	Рассчитать услуги	Вход

Рис. 1.4. Биллинг - А-2

Пополняя лицевой счет - А3 (Табл. 1.5, Рис. 1.5), мы можем выбрать способ. Это происходит либо с помощью карточек оплаты, либо через салоны связи, имеющие доступ в интернет. Обработанные данные об оплате абонентами своих счетов вносятся в учетную запись.

Таблица 1.5. Пополнить счет - А3

Arrow name	Arrow source	Arrow source type	Arrow destination	Arrow destination type
Стандарт GSM	Граница диаграммы		Оплатить через карточку, USSD запрос	Управление
Интернет протоколы	Граница диаграммы		Оплатить через интернет-терминалы	Управление
Процедуры сбора платежей	Граница диаграммы		Принять и обработать оплату услуг	Управление
Процедуры расчета	Граница диаграммы		Внести в учетную запись	Управление
Оплата услуг	Граница диаграммы		Оплатить через карточку, USSD запрос	Управление
Оплата услуг	Граница диаграммы		Оплатить через интернет-терминалы	Управление
Система сервисных телефонных карт	Граница диаграммы		Оплатить через карточку, USSD запрос	Механизм
WEB кабинет	Граница диаграммы		Оплатить через интернет-терминалы	Механизм
Система сбора и обработки платежей	Граница диаграммы		Принять и обработать оплату услуг	Механизм
USSD	Оплатить через карточку, USSD запрос	Выход	Принять и обработать оплату услуг	Вход
Интернет заявка	Оплатить через интернет-терминалы	Выход	Принять и обработать оплату услуг	Вход
Отчет платежей	Принять и обработать оплату услуг	Выход	Внести в учетную запись	Вход
Баланс на учетной записи		Выход	Грпница диаграммы	Граница диаграммы



Рис. 1.5. Пополнить счет - А3

2. Описание услуги push to talk

2.1 Архитектура IMS и услуги реального времени

IMS (англ. IP Multimedia Subsystem) мультимедийная подсистема на базе протокола IP. Изначально архитектура разрабатывалась только как мультимедийная платформа предоставления услуг (SDP - Service Delivery Platform). Но позднее превратилась в архитектуру, полностью контролирующую соединение и работающую с различными сетями доступа. Мультимедийность архитектуры дает возможность оператору предоставлять разнообразные услуги абонентам, повышая тем самым среднюю выручку. А использование в основе протокола IP дает оператору возможность построить гибкую сеть с низкими операционными расходами.

Функциональные требования к архитектуре IMS:

а) организация мультимедийных сессий на IP транспорте;

б) механизм согласования QoS;

в) поддержка взаимодействия с Интернет и сетями с коммутацией каналов;

г) поддержка роуминга;

д) осуществление контроля доставки сервисов конечным абонентам;

е) быстрый процесс разработки новых сервисов не требующий дополнительной стандартизации;

ж) инвариантность к методу доступа.

Эти требования нашли своё отражение в трёхуровневой архитектуре IMS. В ней выделяются (сверху вниз):

а) уровень приложений;

б) уровень управления вызовами;

в) транспортный уровень.

Все три уровня независимы, но связаны друг с другом через стандартизированные интерфейсы при использовании открытых протоколов.

Следует отметить, что 3GPP (3rd Generation Partnership Project - консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии третьего поколения) стандартизирует не конкретные узлы сети, а функциональные элементы и интерфейсы между ними. Разработчики конечных решений вправе реализовать функционал нескольких элементов в одном устройстве, либо наоборот разделить функциональный элемент и воплотить его в виде кластера.

Основные функциональные элементы IMS могут быть условно разделены на следующие группы:

а) Элементы управления установлением сессий (CSCFs);

б) Базы данных (HSS);

в) Элементы, обеспечивающие предоставление дополнительных видов обслуживания (application server, MRFC, MRFP);

г) Элементы обеспечения межсетевого взаимодействия (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW);

д) Элементы обеспечения безопасности (PDF, SEG, THIG);

е) Элементы обеспечения тарификации.

Рис. 2.1. Архитектура IMS

Элементы управления сессиями - Call Session Control Function (CSCF)

Важнейшим функциональным элементом IMS являются Call Session Control Functions (CSCF's) - набор функциональных элементов управления установлением, изменением и прекращением мультимедийных сессий. По своей сути это SIP сервер производящий обработку сигнальной информации. Разделение на отдельные элементы обусловлено конкретным функционалом того или иного CSCF. Выделяется 3 типа CSCF: P-CSCF; S-CSCF и I-CSCF.

1) P-CSCF. Proxy-CSCF - это первая точка контакта IMS терминала с ядром сети на сигнальном уровне, выполняет роль прокси-сервера. P-CSCF привязывается к терминалу на этапе регистрации и не меняется на весь период действия регистрации. P-CSCF выполняет ряд функций:

а) установление IPsec связей. Установление этих связей обеспечивает уверенность в сохранности содержания сообщения на пути от терминала к P-CSCF, т.е. позволяет убедиться что оно не было изменено по пути следования;

б) аутентификация пользователя на P-CSCF позволяет избежать проведения этой процедуры на всех остальных элементах сети, которые «доверяют» P-CSCF;

в) P-CSCF проверяет SIP сообщения на предмет правильности формата и отбрасывает те, что сформированы не по правилам;

г) Компрессия/декомпрессия SIP сообщений позволяет уменьшить задержки при передаче по радио интерфейсу. SIP является текстовым протоколом, и сообщения могут составлять значительные объёмы при сравнении с сообщениями бинарных протоколов;

д) P-CSCF генерирует информацию необходимую для тарификации абонента.

P-CSCF может размещаться как в домашней для абонента сети, так и в сети другого оператора при роуминге.

2) S-CSCF. Serving Call Session Control Function - центральный элемент ядра, производящий обработку сигнальной информации. S-CSCF производит маршрутизацию SIP сообщений и выполняет роль SIP сервера регистрации, то есть устанавливает соответствие между текущим месторасположением абонента (имеется ввиду IP-адрес и порт) и записью в базе данных с присущим набором доступных сервисов. S-CSCF выполняет ключевые функции при обслуживании абонента:

а) управляет процессом регистрации. S-CSCF при получении запроса на регистрацию контактирует с базой данных HSS и генерирует проверочную последовательность, которая отсылается пользователю. Пользовательский терминал генерирует ответ на основании полученной последовательности и секретного ключа известного только абоненту и хранящемуся кроме этого в профиле абонента в базе данных. При получении ответа от пользователя, S-CSCF сравнивает полученную последовательность с той, что была сгенерирована на основании проверочной и ключа из базы данных, при положительном результате, пользователь авторизуется и может получить доступ к набору услуг, закреплённому заданной записью в базе данных;

б) Маршрутизирует SIP сообщения. Во время регистрации S-CSCF загружает из базы данных Service Profile, в котором хранится набор правил, на основании которых S-CSCF осуществляет маршрутизацию всех сообщений. Основными моментами этой маршрутизации может быть направление сообщения по умолчанию в соответствии с внутренней логикой S-CSCF, либо на определённый элемент сети с целью инициировать предоставление той или иной услуги;

в) управляет состоянием соединения. S-CSCF может как создавать соединения, так и отдавать команды на его разрушение, например при получении информации от биллинговой системы S-CSCF может рассчитать допустимую длительность сессии и послать команду на закрытие соединения при недостаточности средств для продолжения сессии;

г) Участвует в тарификации абонента. S-CSCF производит различные действия по взаимодействию с биллинговой системой в зависимости от метода тарификации, способа организации сбора тарификационной информации и пр.

3) I-CSCF. Interrogating Call Session Control Function, выполняет роль контактной точки при меж операторском взаимодействии, при этом I-CSCF выполняет ряд характерных для этой роли функций:

а) определяет адрес следующего элемента для пересылки сообщения основываясь на информации из базы данных HSS. При получении сообщения из сети другого оператора I-CSCF должен определить адрес S-CSCF, обслуживающего вызываемого абонента. При вызове, инициированном в родной сети, I-CSCF должен определить адрес сети назначения и передать запрос;

б) реализует функцию Topology Hiding Inter-network Gateway (THIG), для сокрытия топологии сети оператора.

База данных - Home Subscribers Server (HSS)

Home Subscriber Server является базой данных, хранящей всю информацию имеющую отношение к пользователю. HSS предоставляет сетевым элементам необходимую информацию. Кроме информации о пользователях HSS хранит информацию о сервисах, которые объединяются в так называемые сервисные профили (Service Profile). Сервисный профиль содержит набор правил, по которым инициируется предоставление той или иной услуги.

Элементы, обеспечивающие предоставление дополнительных видов обслуживания

Следует отметить, что инициацией дополнительных видов обслуживания практически всегда занимается S-CSCF, т.е. основываясь на анализе приходящих сообщений и данных из Service Profile, к которому привязан текущий идентификатор конкретного пользователя, S-CSCF принимает решение перенаправить сообщение на тот или иной элемент, реализующий дополнительные виды обслуживания (ДВО). К таким элементам относятся Application Server (AS) и Media Resource Function (MRF).

1) Application Server. Сервер приложений - это элемент, на котором хранится приложение, реализующее ДВО, и логика для его выполнения. С точки зрения S-CSCF все серверы приложений являются SIP серверами. Это один из важнейших принципов IMS, позволяющий подключать серверы приложений, реализованные на различных технологиях, по единому правилу и через единый интерфейс - IMS Service Control (ISC) интерфейс, основанный на SIP.

2) MRF Media Resource Function (MRF). Является источником мультимедиа потоков в домашней сети. MRF реализует следующие функции:

а) является источником мультимедийных потоков (например, для проигрывания уведомлений);

б) смешивает мультимедиа потоки (в случае централизованной мультимедиа конференции);

в) производит обработку мультимедийных потоков (перекодирование между кодеками, сбор статистики).

Элементы обеспечения межсетевого взаимодействия

В архитектуре IMS предусмотрено 4 элемента для взаимодействия с сетями ТфОП (телефонная сеть общего пользования):

1) BGCF. Breakout Gateway Control Function (BGCF) используется в случаях, когда источником вызова является IMS терминал, а в качестве вызываемого выступает терминал, находящийся в сети ТфОП или терминал абонента мобильной сети с коммутацией каналов, например GSM. Основными функциями BGCF являются:

а) выбор нужной сети, в которой будет произведено взаимодействие с сетью ТфОП или GSM;

б) или выбор нужного шлюза ТФоП/GSM, если это взаимодействие происходит в той же сети, где находится и BGCF.

На BGCF, при выборе сети, в которой будет производиться взаимодействие с сетью с коммутацией каналов, может быть возложена функция, результатом которой будет выбор наиболее дешёвого маршрута. Логично, что чем менее протяжённый путь проходит вызов по участку сети с коммутацией каналов, тем более дешёвым будет это соединение. Таким образом, даже при наличии ТфОП шлюза в своей сети, бывает выгоднее воспользоваться услугами шлюза другого оператора.

Шлюз к сетям с коммутацией каналов предоставляет возможность абонентам IMS сети устанавливать соединения с абонентами сетей ТфОП и GSM, или любой другой сети с коммутацией каналов;

2) SGW. Signaling Gateway (SGW) - сигнальный шлюз, производит взаимодействие с ТфОП на уровне сигнализации. SGW производит конвертацию ISUP или BICC поверх MTP в ISUP или BICC поверх SCTP/IP;

3) MGCF. Media Gateway Control Function (MGCF) - является контроллером шлюза, выполняет функции по транслированию протокола SIP в ISUP или BICC поверх SCTP/IP. И осуществляет контроль медиа-потоков в IMS-MGW;

4) IMS-MGW. IP Multimedia Subsystem Media Gateway (IMS-MGW) - транспортный шлюз, взаимодействует с ТфОП или любой другой сетью с коммутацией каналов на уровне потоков медиа информации, транспортном уровне. Задачей IMS-MGW является преобразование потока данных, поступающих по ИКМ (импульсно-кодовая модуляция) линии, в данные, упакованные и переносимые протоколом RTP. Так же IMS-MGW производит перекодирование между различными кодеками, используемыми в IMS и в сетях с коммутацией каналов. Например, как правило, на ТфОП используется кодек G.711, который, с целью уменьшить объем передаваемых данных, конвертируется в кодек применяющий различные алгоритмы компрессии.

Элементы обеспечения безопасности

К этой группе условно отнесены элементы, обеспечивающие выполнение функций по обеспечению безопасности (SEG), сокрытию топологии (THIG) и реализации контроля определённых оператором политик в отношении принятых на сети форматов передаваемой медиа информации (PDF).

1) PDF. Во время сессии абоненты IMS сети обмениваются тем или иным видом медиа информации. Контроль за тем, какой кодек используется, возложен на policy decision function (PDF). PDF использует информацию прокола SDP передаваемую в теле сообщения SIP и полученную у P-CSCF. Политика оператора может быть направлена на оптимизацию объёма передаваемой медиа информации и может выражаться в запрете использования некоторых кодеков, обеспечивающих недостаточное сжатие данных. Кроме политики в отношении всех пользователей на сети, PDF может реализовывать политики в отношении конкретных пользователей. Так для некоторых пользователей может быть запрещена возможность установления видео сессий;

2) SEG. Security gateway (SEG) - шлюз, обеспечивающий безопасность на уровне сигнализации. SEG, как правило, устанавливается на границе административного домена оператора, формируя тем самым «безопасный домен». SEG, контактируя с другими «безопасными» доменами для пересылки информации, реализует так называемую модель пошаговой безопасности. SEG может использовать методы фильтрации пакетов и/или выполнять функции фаервола. Функциональность SEG важна при меж операторском обмене, поэтому при практической реализации его функции реализуются в едином модуле с I-CSCF;

3) THIG. Использование Topology Hiding Gateway (THIG) обусловлено желанием оператора скрыть топологию, ёмкость и конфигурацию его внутренней сети от других операторов и третьих лиц. Для этого THIG должен быть установлен на границе административного домена оператора и производить обработку проходящей через него информации на пример удаления (шифрования) заголовков, содержащих конфиденциальную с точки зрения оператора информацию. По аналогии с SEG реализация THIG совмещается с исполнением I-CSCF.

Элементы обеспечения тарификации

Система IMS предоставляет операторам очень удобные средства для тарификации, позволяя разделить списания средств в зависимости от предоставляемого сервиса, т.е. телефонии, видеосвязи, передачи данных или ДВО. Не вдаваясь в подробности и не перечисляя конкретных функциональных элементов, отметим лишь что, в архитектуре IMS предусмотрена поддержка он-лайн и офф-лайн моделей тарификации различными функциональными модулями. Главной задачей этих модулей является сбор тарификационной информации от сетевых элементов и преобразование этой информации в вид, требуемый биллинговой системой.

2.2 Технология Push To Talk

Помимо привычных сервисов мобильной связи, таких как звонки абонентов или отправка коротких sms сообщений существует ряд дополнительных услуг, одной из которых является услуга Push To Talk.

Дословно с английского эта фраза переводится, как нажимай, чтоб говорить.

Функция Push to Talk в мобильных телефонах автоматически превращает ваш аппарат в подобие рации. Есть у этого понятия и более длинная расшифровка, а именно PoC (Push to Talk over Cellular - «нажми, чтобы говорить в сотовой сети»). Эта функция предоставляет возможность двум или более абонентам мобильной сети общаться между собой, не применяя набор привычных номеров, а лишь удерживая нажатой одну кнопку телефона, именуемую тангентой.

Надо сказать, что подобным образом работают переносные радиостанции, или, как принято называть их, рации. Главная особенность функции Push to Talk - это то, что в большинстве случаев разговор осуществляется в режиме IP-телефонии, например, через GPRS сеть, а значит, обходится абоненту дешевле обычных вызовов. Еще одна важная деталь в этом вопросе - очень быстрое соединение с выбранным абонентом. По заявлению большинства разработчиков PoC систем, оно составляет в среднем 0,5-1,5 секунды.

Технология работы Push To Talk в некотором роде схожа с технологией работы такого приложения как «скайп». По большому счёту это так, принцип действия схож, разве что есть несколько технических особенностей, которые простому абоненту знать необязательно.

Чтобы воспользоваться функцией PoC, абонент должен выбрать собеседника (или группу собеседников) из списка контактов и нажать на клавишу «Разговор». При этом пока нажата тангента, можно говорить, а когда эта клавиша отпущена, появляется возможность услышать ответ собеседника. Такой режим связи давно известен как «полудуплекс», когда одновременно возможна только односторонняя связь.

PoC системы часто используются, прежде всего, для оперативной передачи краткой, иногда предопределенной или даже кодовой информации. Зачастую это какая-либо инструкция или команда, иногда - короткое «статусное» сообщение, адресуемое группе лиц.

В отличие от систем профессиональной связи, услуга PoC основана на использовании подсистемы пакетной передачи данных сотовых сетей связи: GPRS, EDGE для систем GSM, PDSN для сетей CDMA 2000 или сетей поколения 3G. Речь при использовании PoC передается не по выделенному коммутируемому речевому каналу, как при обычных мобильных звонках, а в пакетном режиме, в виде последовательно посылаемых блоков данных. То есть происходит виртуальное накопление вашего голоса, который маленькими порциями отправляется абоненту на том конце «провода». В этом принципиальное отличие Интернет-передачи голоса от простого мобильного разговора.

По оценкам компании Northstream, одного из лидирующих мировых аналитических агентств в области мобильной связи, решения Push to Talk для сетей GSM с GPRS, по меньшей мере, в пять раз эффективнее, чем обычная мобильная сеть в её классическом понятии. А дальнейшая модификация технологии GPRS и появление нового поколения 3G показывает 14-кратное преимущество. С экономической точки зрения реализация PoC имеет неоспоримые преимущества и обходится более чем в 6 раз дешевле, чем даже самые выгодные мобильные тарифы. И, наконец, ещё один важный фактор - это неограниченность расстояния, чего не скажешь об обычных рациях.

Что касается практической реализации системы Push to Talk, то тут, безусловно, выделяются два вопроса: откуда говорить и где говорить? Откуда - имеем ввиду мобильные телефоны (на профессиональном языке - терминалы). Где - имеем ввиду мобильные сети. Да, именно мобильные сети, так как наличие данной функции в вашем телефоне не залог того, что вы сможете ею воспользоваться.

Сервисы Push-to-talk можно использовать в потребительском сегменте: оставаясь на связи с друзьями, планировать досуг, или общаться с членами семьи посредством нажатия кнопки. Эта услуга нацелена также на корпоративный сегмент, где она используется, в частности, для обмена информацией в рабочих группах, например, для находящегося на выезде специалиста IT, которому необходимо связаться с коллегами для получения нужной информации.

Сервис Push-to-talk с учетом соответствующего позиционирования и ценообразования может быть представлен как новая голосовая услуга в сегменте между голосовыми вызовами и сервисами текстовых сообщений типа SMS. Данный сервис является более быстродействующим по сравнению с обычными голосовыми вызовами и обеспечивает более простое групповое соединение. Также он, в отличие от SMS, кроме собственно сообщения, обеспечивает более быструю и эмоциональную связь между абонентами, а также мгновенную ответную реакцию.

Устройство типа портативной радиостанции для связи в мобильных сетях впервые с успехом было применено в США. Уже в середине девяностых годов мобильный оператор Nextel запустил региональный сервис, который к 2004 году превратился в общенациональную сеть с 12,3 миллионами абонентов. Nextel продемонстрировал рынку впечатляющие финансовые результаты наряду с очень высоким уровнем проникновения (>90%) сервисов типа портативной радиостанции, что побудило остальных игроков рынка к анализу возможностей создания конкурирующих сервисов.

2.3 Разработка и построение аналитической модели услуги Push To Talk

Теория массового обслуживания, целью исследований которого является рациональный выбор структуры системы обслуживания и процесса обслуживания на основе изучения потоков требований на обслуживание, поступающих в систему и выходящие из неё, длительности ожидания и длины очередей. В теории массового обслуживания используются методы теории вероятностей и математической статистики.

Рассмотрим поток заявок на обслуживание, поступающий на сервер. Ограничим время наблюдения за потоком одним часом, например, часом наибольшей нагрузки. В этот промежуток времени поток вызовов может считаться стационарным. Поток можно считать ординарным, так как в определенный момент времени поступление двух и более заявок является невозможным. Поток вызовов можно считать потоком без последействия, учитывая большое число источников заявок. Таким образом, поток заявок на обслуживание можно считать стационарным пуассоновским потоком, а функцию распределения промежутков времени между заявками - показательной.

Предположим, что сервер обслуживает поступающие заявки в режиме с потерями, то есть заявки, попадающие на систему в момент полной занятости ресурсов, получают отказ в обслуживании.

Вышеперечисленные предположения позволяют применить для расчета вероятностно-временных характеристик системы математическую модель, классифицируемую как M/M/m:loss - система с m обслуживающими логиками (устройствами) и дисциплиной обслуживания с явными потерями. Основной характеристикой такой системы является доля времени, когда все логики сервера являются занятыми, то есть поступающие заявки получают отказ в обслуживании.

Этот параметр может быть рассчитан по формуле Эрланга:

Где л - интенсивность поступления заявок, м - интенсивность обслуживания заявок, m - количество обслуживающих логиков.

Рассмотрим несколько случаев с разными количествами обслуживающих логиков m и разной интенсивностью поступающих заявок л.

Первый случай.

Количество обслуживающих логиков m=5 и интенсивность обслуживания заявок м=3. Интенсивность поступления заявок л будет меняться в диапазоне 1-2 заявок в секунду.

Таблица 2.1

л	1	1.3	1.68	1.7	1.9	2
p	0.00003	0.00008	0.0002	0.0003	0.0004	0.0006



Рис. 2.2. График №1 зависимости p от л по таблице 2.1

В графике видно, что потери увеличиваются с увеличением потока заявок. Но эти потери совсем не значительны, так как они очень малы и не сильно влияют в процентном виде, максимум потери будут 0.06%.

Второй случай.

Теперь увеличим количество интенсивности поступления заявок л до диапазона 2-3 заявок в секунду, так говоря, создадим ситуацию «Час пик», а интенсивность обслуживания заявок все такая же м=3. И количество обслуживающих логиков оставим таким же m=5.

Таблица 2.2

л	2.1	2.3	2.5	2.7	2.8	2.95
p	0.0006	0.0001	0.0014	0.002	0.0023	0.0029

Рис. 2.3. График №2 зависимости p от л по таблице 2.2

А на этом графике видно как потери увеличились, но они все еще не значительны. В процентном виде максимальная потеря будет 0.3%. Так как у нас количество обслуживающих логиков m=5. И это дает нам обрабатывать заявки с меньшими потерями.

Третий случай.

А теперь уменьшим количество обслуживающих логиков m=3. Количество интенсивности поступления заявок л и интенсивности обслуживания заявок м оставим такими же, л в диапазоне 2-3 заявок в секунду и м=3.

Таблица 2.3

л	2.1	2.3	2.5	2.7	2.8	2.95
p	0.029	0.035	0.042	0.05	0.054	0.06

Рис. 2.4. График №3 зависимости p от л по таблице 2.3

Но вот тут уже видно что потери стали значительными. В процентном виде максимальная потеря будет 6%. Мы получили этот результат за чет того что у нас количество обслуживающих логиков уменьшалось. А это значить нагрузка на сеть увеличится, соответственно потери тоже увеличатся и качество обслуживания ухудшится.

3. Применение системы моделирования GPSS для разработки имитационной модели услуги Push To Talk

3.1 Основные понятия и определения моделирования

Моделирование - метод научного исследования явлений, процессов, объектов, устройств или систем (обобщенно - объектов исследований), основанный на построении и изучении моделей с целью получения новых знаний, совершенствования характеристик объектов исследований или управления ими.

Модель - материальный объект или образ (мысленный или условный: гипотеза, идея, абстракция, изображение, описание, схема, формула, чертеж, план, карта, блок-схема алгоритма, ноты и т.п.), которые упрощенно отображают самые существенные свойства объекта исследования.

Любая модель всегда проще реального объекта и отображает лишь часть его самых существенных черт, основных элементов и связей. По этой причине для одного объекта исследования существует множество различных моделей. Вид модели зависит от выбранной цели моделирования.

В основе термина «модель» лежит латинское слово modulus - мера, образец. Модель - это заместитель реального объекта исследования. Модель всегда проще исследуемого объекта. При изучении сложных явлений, процессов, объектов не удается учесть полную совокупность всех элементов и связей, определяющих их свойства.

Но все элементы и связи в создаваемой модели и не следует учитывать. Нужно лишь выделить наиболее характерные, доминирующие составляющие, которые в подавляющей степени определяют основные свойства объекта исследования. В результате объект исследования заменяется некоторым упрощенным подобием, но обладающим характерными, главными свойствами, аналогичными свойствам объекта исследования. Появившийся вследствие проведенной подмены новый объект (или абстракция) принято называть моделью объекта исследования.

Создать исчерпывающую классификацию моделей достаточно сложно, поэтому рассмотрим наиболее часто употребляемые определения моделей.

Концептуальная модель (содержательная) - это абстрактная модель, определяющая структуру системы (элементы и связи).

В концептуальной модели обычно в словесной (вербальной) форме приводятся самые главные сведения об объекте исследования, основных элементах и важнейших связях между элементами. Процесс создания концептуальной модели в настоящее время не формализован: не существует точных правил ее создания.

Основная проблема при создании концептуальной модели заключается в нахождении компромисса между компактностью модели и ее точностью (адекватностью). Имеется множество теоретических проработок этой проблемы, но их трудно применить для решения каждой новой задачи. Поэтому разработчик модели, руководствуясь своими знаниями, оценочными расчетами, опытом, интуицией, мнением экспертов, должен принять решение об исключении какого-либо элемента или связи из модели, изъятии из рассмотрения второстепенных факторов, воздействующих на объект.

Термин «адекватна» (происходит от лат. adaequatus - приравненный, равный) означает верное воспроизведение в модели связей и отношений объективного мира. Этим термином характеризуют качество созданной модели.

Процесс создания концептуальной модели, вероятно, никогда не сможет быть полностью формализован. Трудно придумать набор простых правил, выполняя которые, можно создать хорошую концептуальную модель. Именно в связи с этим иногда говорят, что моделирование является не только наукой, но и искусством.

Концептуальную модель, содержащую основные сведения об объекте исследований, порой называют информационной моделью.

Математическое моделирование - метод изучения объекта исследования, основанный на создании его математической модели и использовании её для получения новых знаний, совершенствования объекта исследования или управления объектом.

В научной литературе широко используется термин математическая модель (ММ). ММ - описание объекта исследования, выполненное с помощью математической символики. Для составления ММ можно использовать любые математические средства - дифференциальное и интегральное исчисления, регрессионный анализ, теорию вероятностей, математическую статистику и т. д. Математическая модель представляет собой совокупность формул, уравнений, неравенств, логических условий и т. д. Использованные в ММ математические соотношения определяют процесс изменения состояния объекта исследования в зависимости от его параметров, входных сигналов, начальных условий и времени. По существу, вся математика создана для формирования математических моделей.

Математическое моделирование можно подразделить на аналитическое и компьютерное (машинное) моделирование.

При аналитическом моделировании ученый - теоретик получает результат «на кончике пера» в процессе раздумий, размышлений, умозаключений. Формирование модели производится в основном с помощью точного математического описания объекта исследования.

При компьютерном моделировании математическая модель создается и анализируется с помощью вычислительной техники. В этом случае нередко используются приближенные (численные) методы расчета. При компьютерном моделировании используются наиболее прогрессивные информационные технологии, например, виртуальная реальность. При этом моделирование медицинской операции вызывает иллюзию реально происходящего события. Моделирование игровых ситуаций сопровождается мультимедийными эффектами (звуками, видеоэффектами).

Компьютерная модель - модель, реализованная на одном из языков программирования (программа для ЭВМ).

Преимущества использования моделирования

Используя моделирование при проектировании или реинжиниринге вычислительной системы, мы можем сделать следующее:

а) оценить пропускную способность сети и ее компонентов, определить узкие места в структуре вычислительной системы;

б) сравнить различные варианты организации вычислительной системы;

в) осуществить перспективный прогноз развития вычислительной системы;

г) предсказать будущие требования по пропускной способности сети, используя данные прогноза;

д) оценить требуемое количество и производительность серверов в сети;

е) сравнить различные варианты модернизации вычислительной системы;

ж) оценить влияние на вычислительную систему модернизации ПО, мощности рабочих станций или серверов, изменения сетевых протоколов.

Исследование параметров вычислительной системы при различных характеристиках отдельных компонентов позволяет выбрать сетевое и вычислительное оборудование с учетом производительности, качества обслуживания, надежности и стоимости.

3.2 Специализированные языки моделирования случайных процессов

Существует немало компьютерных программ моделирования, предназначенных для выполнения на компьютерах различных типов - от микрокомпьютеров до «мэйнфреймов» (больших ЭВМ). Как же из столь внушительного перечня выбрать самую подходящую программу?

Прежде всего, нужно понимать, что существуют различные типы моделирования. Затем, внимательно изучит программы, которые предлагает рынок, нужно найти такую, которая соответствует вашим конкретным потребностям. Если же подходящей программы не удается найти, иногда не так уж сложно создать собственную специализированную программу моделирования. Тем более, что такая программа будет полностью соответствовать вашим потребностям и с ее использованием у вас наверняка не возникнет проблем.

Для имитационного моделирования используются как универсальные, так и специальные языки. Универсальные языки дают большие возможности программисту в смысле гибкости разработки, отладки и использования модели. Однако это требует больших усилий, затрачиваемых на программирование. В этом случае усложняется порядок выполнения операций, отсчет системного времени и контроль. К универсальному программному обеспечению относятся языки программирования, которые позволяют программистам строить свои собственные модели. Примерами универсальных языков моделирования являются SLAM II, SIMSCRIPT II, 5, SI MAN, GPSS/H, GPSS/PC, PC-MODEL и RESQ.

Специализированный язык отличается от универсального своими специфическими свойствами. Специализированное программное обеспечение (например, МАР/1 и SIMFACTORY) предназначено для моделирования конкретных, специальных приложений. Например, в специализированном программном обеспечении для моделирования производства предусмотрены средства, с помощью которых можно указывать количество рабочих центров, их описания, интенсивность поступления, время обработки, размеры партий, объемы незавершенного производства, наличные ресурсы (в том числе трудовые), последовательности и т.д.

Кроме того, такая программа нередко позволяет аналитику наблюдать производственный процесс в анимационном представлении и следить по ходу моделирования за количественными показателями и потоками в системе. Данные собираются, анализируются и представляются в форме, наиболее подходящей для приложения соответствующего типа.

К этим свойствам или требованиям можно отнести:

а) способность генерировать случайные числа;

б) возможность генерировать случайные величины и процессы;

в) возможность «продвигать» время либо на одну единицу Dt, либо до следующего события;

а) способность накапливать выходные данные;

б) способность проводить статистический анализ накапливаемых данных;

в) способность распределять выходные данные по заранее заданным форматам;

г) способность выполнять идентификацию конкретных событий.

Некоторые из языков имитационного моделирования являются и описательными языками. Они близки к естественному языку, поэтому имитационные модели, написанные на таком языке, легче воспринимаются руководителями и специалистами, не имеющими непосредственного отношения к программированию.

Специальные языки цифрового имитационного моделирования делятся на две группы, соответствующие двум видам имитации: дискретных и непрерывных процессов.

Для моделирования непрерывных процессов используются языки:

1) Динамо - для аппроксимации непрерывных процессов используют дифференциальные уравнения первого порядка;

2) CSMP, Midas и др., которые помимо блочного построения, применяемого в языке Динамо, еще обладают мощью и удобством алгебраической и логической алгоритмизацией.

Языки для моделирования дискретных процессов можно разбить на четыре категории:

1) языки, ориентированные на действия (CSL, Форсим IV и др.);

2) языки, ориентированные на события (Симскрипт, Симком и др.);

3) языки, ориентированные на процессы (Симула, SOL);

4) языки, ориентированные на потоки сообщений (GPSS, BOSS).

В первой группе действия представлены в модельном времени как мгновенные. В этих языках нет регламентации действиям. Вместо этого исполнительные программы просматривают набор всех условий, от которых зависит появление какого-либо события. И только тогда, когда выполняются все контролируемые условия, происходит изменение состояния и сдвиг времени в этой части программы.

Некоторые задачи удобнее программировать на языке ориентированном на события. При этом событие регламентировано. Регламентация обеспечивает наступление события именно в тот момент времени, когда динамическое состояние показывает, что сложились условия для его появления.

Языки, ориентированные на процессы, объединяют достоинства первых двух языков, т.е. краткость языков, ориентированных на действия и эффективность языков, ориентированных на события. Написанная на этом языке программа работает как несколько независимых программ: одна посредством просмотра действий, другая посредством регламентирования событий.

Что касается четвертой группы языков, то они на самом деле являются языками процессов и отличаются только схемным построением.

Язык программирования GPSS - этот язык с 1968 года входит в математическое обеспечение машин фирмы IBM, один из наиболее популярных языков ИМ.

GPSS составлен из объектов и операций (логических правил). Объекты делятся на семь классов: динамические (ДО); аппаратно-ориентированные (АО); статические (СО); операционные (ОО); вычислительные (ВО); запоминающие (ЗО); группирующие (ГО).

Динамические объекты - элементы потока обслуживания заявки или «транзакты». Они создаются и уничтожаются, с каждым транзактом может быть связано некоторое число «параметров»

Аппаратно-ориентированные объекты - соответствуют элементам оборудования, которые управляются ДО. К ним относятся: накопители; устройства; логические переключатели.

Статические объекты: очереди; таблицы.

Запоминающие объекты: ячейки; матрицы ячеек.

Группирующие объекты: группы; списки.

Вычислительные объекты: арифметические и булевы переменные; функции.

Операционные объекты - формируют логику системы, давая транзактам указания, куда идти дальше.

Язык GPSS обычно выделяют в отдельную группу. Он представляет собой интерпретирующую языковую систему, которую применяют для описания пространственного движения объектов. Именно этот язык используется для создания имитационной модели в данном проекте.

услуга сеть

3.3 Создание моделей в GPSS

Модели систем на GPSS могут быть представлены в виде блок-схем. Разработчик модели обычно начинает свою работу с построения блок-схемы системы, которую он собирается промоделировать. Именно в процессе построения блок-схемы разработчик продумывает основные методы моделирования своей системы.

Блок-схема представляет собой набор фигур с характерным очертанием блоков, соединенных между собой линиями. Разработчику моделей предоставляется выбор из набора более чем 40 блоков. Вид каждого из этих блоков стандартен. Различие между видами блоков необходимо для того, чтобы легко было изучать блок-схемы моделей.

Модель строится таким образом, что из допустимого множества блоков выбирать необходимые и далее выстраивать их в диаграмму, для того чтобы в процессе использования моделей они как бы взаимодействовали друг с другом. Использование блоков при построении моделей зависит от логической схемы работы реальных систем. После того, как модель создана, взаимодействие между блоками моделей аналогично взаимодействию элементов моделируемых реальных систем.