Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование процесса обслуживания гетерогенной нагрузки в мультисервисных сетях связи силовых структур

Миронов А.Е., Королев А.В., Гарбар Т.П.,

Тихомиров Е.А., Сарсенгалиев Б.Ю.

Annotation

The article studies the issues of modeling the process of heterogeneous traffic in multiservice telecommunication networks of the Russian special agencies. The results obtained should be taken into account in developing and applying multiservice telecommunications networks to enhance quality of service and network resources efficiency.

Основная часть

Основополагающим элементом технической основы системы государственного и военного управления являются сети связи силовых структур (ФСБ, ФСО, МВД, МЧС и др.). Нынешний этап развития сетей связи силовых структур характеризуется активным проведением работ по созданию мультисервисных сетей на основе технологии ISDN (Integrated Service Digital Networks). При этом практика показывает высокую заинтересованность абонентов этих сетей связи в современных службах и услугах связи, предоставляемых этой сетью.

Основой внедрения принципов ISDN являются современные АТС (УПАТС "МиниКом DX-500С", УПАТС "Hicome-3хх" и др.), обеспечивающие подключение и работу различных по скорости и видам передаваемой информации (речь, данные, факсимиле, видео и др.) абонентских терминалов, которые являются источниками потоков вызовов с разными интенсивностями, требованиями к скоростям передачи и показателям качества обслуживания. Цифровое коммутационное поле таких систем позволяет подключать как базовые цифровые каналы со скоростью 64 Кбит/с (ОЦК-64), так и их n-кратные комбинации (Рекомендации МСЭ-Т I.420, I.421). В этих условиях перед специалистами, занимающимися вопросами проектирования и эксплуатации перспективных сетей связи силовых структур с интеграцией служб, возникает необходимость решения целого комплекса новых вопросов, связанных с распределением имеющейся пропускной способности (ПС) между разноскоростными вызовами в соответствии с требуемым качеством обслуживания пользователей различных категорий (услуг).

Первый, традиционно используемый для решения этой проблемы способ, реализуется в системах с сегрегированным мультисервисным обслуживанием, где общая ПС делится на две или более фиксированные части, каждая из которых используется для обслуживания вызовов определенного типа. Данный способ позволяет технически достаточно просто реализовать независимость обслуживания вызовов, поступающих от пользователей разных категорий, и требующих для обслуживания различный канальный ресурс (l_i). Однако при таком способе степень использования каналов (V) и ПС сети в целом остаются достаточно низкими.

Стремление повысить эффективность использования ПС за счет объединения нагрузки привело к появлению систем коммутации с интегрированным мультисервисным обслуживанием, при котором обеспечивается совместное использование сетевого ресурса источниками различных типов. Однако расширение спектра услуг на основе внедрения технологии ISDN ведет к значительной гетерогенности (неоднородности) трафика, циркулирующего в сетях связи силовых структур, при которой даже сравнительно небольшая доля вызовов, требующих для обслуживания более одного канала, может существенно влиять на ПС. При этом вероятность потерь заявок на передачу информации определенного вида может значительно превысить допустимую норму, в то время как потери на предоставление других видов услуг будут незначительными.

Указанный выше факт наглядно продемонстрирован на рисунке. Здесь представлены графики зависимостей вероятности потерь по вызовам (Р₁, Р₂, Р₃₀) для трех классов пользователей, создающих следующие виды поступающей нагрузки: одноканальную Z₁ (цифровой телефон 64 Кбит/с), двухканальную Z₂ (видеотелефон со скоростью 2 х 64 = 128 Кбит/с) и тридцатиканальную Z₃₀ (например, высокоскоростная передача данных - 2 Мбит/с).

Рисунок 1 Пример неоднородного качества обслуживания пользователей

Из графиков видно, что при фиксированном профиле гетерогенного трафика Z₁: Z₂: Z₃₀ = 90: 9: 1, Z₁ = 12 Эрл с ростом емкости пучка каналов связи потери (Р_i) в общем убывают. Однако тренд имеет ярко выраженный волнообразный характер. Данный эффект хотя и является неожиданным, но вместе с тем он имеет достаточно простое объяснение. Дело в том, что при числе каналов менее 30 обслуживание нагрузки Z₃₀ не происходит, поэтому вероятность обслуживания Р₃₀ равна 1 и данная нагрузка на обслуживания других категорий пользователей не влияет.

Вероятности потерь вызовов для источников одноканальной и двухканальной нагрузки снижаются до тех пор, пока канальный ресурс не превысит отметку, равную 30. При превышении этой отметки источники тридцатиканальной нагрузки, занимая фактически все каналы для обслуживания данного соединения, существенно снижают качество обслуживания источников одноканальной и двухканальной нагрузки. По мере роста числа каналов (до 60-ти) влияние нагрузки Z₃₀ на обслуживание Z₁ и Z₂ снижается, так как занять однократно более, чем 30 каналов источники тридцатиканальной нагрузки не могут. При этом после некоторого роста вероятности потерь для источников Z₁ и Z₂ при увеличении числа каналов наблюдается ее дальнейший спад, до тех пор, пока число выделенных каналов не достигнет отметки, равной 60 каналов. Эффект "волны" наблюдается и при довольно значительных значениях V. Проведенные исследования показали, что при изменении профиля трафика положение кривых Р₁, Р₂ и Р₃₀ изменяется, однако их поведение с ростом V сохраняется. транзитный нагрузка коммутация мультисервисный

Такое немонотонное поведение вероятностей потерь вызовов различных типов затрудняет интуитивное решение на практике вопроса обеспечения требуемого качества обслуживания только за счет увеличения числа каналов. Выявленный эффект позволяет сделать заключение о том, что в условиях гетерогенного трафика увеличение числа каналов не всегда приводит к снижению вероятности потерь вызовов, а в ряде случаев, напротив, ведет к ее резкому возрастанию для запросов на определенные виды услуг. Этот вывод имеет большое практическое значение для сетей связи силовых структур, которые имеют, как правило, малоканальные информационные направления, строящиеся преимущественно на основе арендуемого канального ресурса. В этих условиях, в отличие от сегрегированного трафика, реализация преимущества в обслуживании для определенных видов трафика на основе традиционных абсолютных, относительных или смешанных приоритетов, становится мало эффективной. В данном случае, как показал анализ, наиболее эффективным механизмом реализации приоритетов, выравнивания потерь и обеспечения справедливого доступа к ограниченным сетевым ресурсам является введение индивидуальных пороговых ограничений на использование канального ресурса. Указанный метод в отечественной литературе получил название метода резервирования канального ресурса [1].

Выявленные особенности обслуживания гетерогенной нагрузки ISDN необходимо учитывать не только при установлении соединений в прямых направлениях связи, но и при организации обходных путей, которые реализуются для улучшения использования межстанционных соединительных линий и повышения вероятности установления соединений и являются непременным атрибутом современных УАТС типа "Hicom-3хх". При этом необходимо отметить, что эффективность использования обходных путей зависит от величины суммарной поступающей нагрузки. С ростом поступающей нагрузки избыточный трафик прямого направления занимает канальный ресурс и блокирует вызовы в других направлениях, являющихся для него обходными. Увеличение потока транзитных вызовов происходит нелинейно, что при значительных общесетевых перегрузках и высоком использовании каналов приводит к лавинообразному нарастанию потока транзитных вызовов и, как следствие, резкому возрастанию потерь. И особенно остро эта проблема будет проявляться в мультисервисных сетях связи силовых структур, характерной особенностью которых, как было показано выше, является гетерогенность и значительные колебания нагрузки.

В соответствии с этим в таких сетях должно осуществляется ограничение транзитной нагрузки путем управления числом допустимых обходных путей [3, 5], что гарантирует при любых перегрузках уменьшение вероятности потерь вызовов по сравнению с уровнем потерь в сети без обходов. При этом порог для каждого из обходных путей второго и последующего выборов должен рассчитываться с учетом числа занятых каналов и неоднородности поступающей нагрузки. При достижении этого порога (критических значений нагрузок) разрешается только прямой путь установления соединения. По мере насыщения сети в первую очередь в обходных направлениях устройство управления осуществляет блокировку вызов от пользователей тех категорий, которые требуют максимум пропускной способности и характеризуются минимальными требованиями к качеству обслуживания, разрешая при этом установление соединения только по кратчайшему (прямому) маршруту.

В заключение следует отметить, что имеющиеся на сегодняшний день методики расчета систем многоканальной коммутации с обходными путями установления соединения и резервированием канального ресурса, основанные на аппроксимации поступающей нагрузки моделями пуассоновской нагрузки первого рода, не учитывают ряд особенностей мультисервисных сетей связи силовых структур и требуют дальнейшего совершенствования. Основными из этих особенностей являются [2, 4]:

- конечное (малое) число абонентов и их группирование по категориям в соответствии с должностным положением, видами услуг и типами сетевых соединений;

- специфичность дисциплин обслуживания, характеризующихся высокой ответственностью за качество предоставляемой связи;

- значительные асимметрия и колебания нагрузки по направлениям связи и группам абонентов, приводящие к существенной неравномерности загрузки телекоммуникационного оборудования;

- большая доля транзитной нагрузки, превышающая остальную нагрузку в большинстве направлений связи;

- взрывной событийный характер трафика, связанный с различными режимами и периодами жизнедеятельности органов государственной власти и подразделений связи силовых структур;

- особенности схемных и алгоритмических решений, реализованных в системах коммутации, и др.

Работы в направлении учета перечисленных факторов при моделировании мультисервисных сетей связи силовых структур проводятся авторами данной статьи. Учет выявленных особенностей обслуживания гетерогенной нагрузки при построении и эксплуатации мультисервисных сетей связи силовых структур обеспечит повышение качества обслуживания абонентов и эффективность использования сетевых ресурсов.

Литература

1. Ершов, В.А. Управление канальными ресурсами ЦСИС на основе его резервирования [Текст] / В.А. Ершов, Д.В. Ершова //Электросвязь. 1994. № 12.

2. Королев, А.В. Проблемы внедрения NGN-технологий в сети связи специального назначения. / А.В. Королев [и др.]// Вестник СГК ВОСП. Федеральное агентство по промышленности, управление радиоэлектронных приборов и систем управления. Ноябрь 2006. С. 28-31.

3. Лазарев, В.Г. Метод ограничения транзитной нагрузки при динамическом управлении телетрафиком [Текст] / В.Г. Лазарев, С.М. Старобинец // Построение устройств управления сетями связи. М: Наука, 1977.

4. Миронов, А.Е. Проблемы применения современных технологий передачи и распределения информации в сетях связи специального назначения [Текст] / А.Е. Миронов, А.В. Королев, И.А. Саитов // Вестник СГК ВОСП. Федеральное агентство по промышленности, управление радиоэлектронных приборов и систем управления. Июнь 2006. С. 32-35.

5. Шнепс, М.А. Системы распределения информации. Методы расчета [Текст]: справочное пособие / М.А. Шнепс. М.: Связь, 1979.

Размещено на Allbest.ru