Введение к работе
Актуальность темы. Эволюционное развитие сетей связи прошло несколько стадий, основанных на технологиях сетей с коммутацией каналов. В настоящее время общепризнанной основой дальнейшего развития сетей связи является концепция сетей связи следующего поколения NGN (Next Generation Network), которая предполагает переход к сетям с коммутацией пакетов. Концепция NGN может реализовываться на базе различных технологических решений, последние из которых базируются на оборудовании Softswitch (программный коммутатор) и IMS (IP Multimedia Subsystem) - мультимедийная подсистема на основе протокола IP. Независимо от формы реализации концепции NGN переход к сетям с коммутацией пакетов требует решения большого количества сложных задач, среди которых есть и традиционные для сетей связи задачи. В контексте диссертационной работы речь идет о распределении сетевых ресурсов.
Распределение сетевых ресурсов в сетях связи следующего поколения должно осуществляться на основе норм на качество обслуживания. Концепция NGN предполагает создание сети с гарантированным уровнем качества обслуживания. Последнее достигается применением механизма DiffServ (Differiented Service - дифференцированное обслуживание) в совокупности с установлением определенных взаимных отношений как между операторами, так и между оператором и абонентом. В настоящее время эти отношения базируются на соглашениях об уровне обслуживания SLA (Service Level Agreement).
Такой подход требует решения новых задач по распределению сетевых ресурсов. Под сетевыми ресурсами здесь и далее будем понимать в первую очередь вычислительные ресурсы систем распределения информации, например, совокупности серверов, образующих платформу IMS, и пропускную способность сети, включая также и ее отдельные сегменты (например, сеть доступа). С учетом изложенного, выбранная тема диссертации представляется актуальной.
Проблемы распределения сетевых ресурсов решались в работах известных ученых: БашаринаГ.П., Лазарева В.Г., Игнатьева В.О., Исаева Р.И., ГольдштейнаБ.С., Кучерявого А.Е., Назарова А.Н., Рослякова А.В., Соколова Н.А., ХетагуроваЯ.А., Чугреева О.С, Шнепса М.А., Яковлева С.А., Яновского Г.Г., а также Д. Бертсекаса, Р. Галлагера, Л. Клейнрока и др. В настоящей диссертации разрабатываются и исследуются новые модели и
2 методы распределения сетевых ресурсов для сетей связи следующего
поколения, в том числе для подсистемы мультимедийных сообщений IMS с
учетом нормативов по качеству и соглашений об уровне обслуживания SLA.
Целью исследования является разработка, исследование и оптимизация параметров моделей распределения сетевых ресурсов в сетях связи следующего поколения.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации последовательно решаются следующие задачи:
анализ концепции NGN, сценариев по использованию протокола SIP (Session Initiation Protocol) для обслуживания вызовов, а также проблем обеспечения качества NGN в плане рекомендаций Международного Союза Электросвязи (ITU-T);
разработка QoS-модели процесса предоставления речевой услуги для подсистемы мультимедийных сообщений IMS, а также оптимизация параметров модели;
проведение статистического моделирования на предмет доказательства адекватности применения распределения Эрланга для аналитического описания длительности ожидания;
разработка модели оптимального (административного) управления сетевыми ресурсами с учетом требований SLA, построение функции полезности с учетом потоков трафика и расчет оптимального плана распределения сетевых ресурсов;
оценка влияния домашних сетей на ресурсоемкость NGN.
Методы исследования. При решении поставленных в диссертации задач использованы методы теории вероятностей, теории массового обслуживания и теории оптимизации.
Научная новизна диссертационной работы определяется следующими факторами:
разработкой аналитической модели процесса предоставления услуги речевой связи в IMS, отличающейся от известных моделей учетом этапа установления соединения в модуле BGCF (Breakout Gateway Control Function), обеспечивающем взаимодействие с существующими сетями связи;
применением функций полезности, позволяющих оценивать последствия выбора того или иного вида функции штрафа за несоблюдение условий SLA;
предложением новой нелинейной функции полезности;
- построением моделей оптимизации сетевых ресурсов
многопользовательской IMS, базирующихся на QoS-моделях, стоимостных аппроксимациях, кусочно-линейной и нелинейной функциях полезности, а также сравнением функций полезности между собой;
- построением модели расчета пропускной способности на участке «сеть
доступа - ядро сети» с учетом влияния домашних сетей и замыкания потоков
трафика.
Практическая ценность и реализация результатов диссертационной работы. Применение предложенных моделей на практике позволяет обоснованно планировать необходимые объемы сетевых ресурсов модернизируемых и вновь создаваемых сетей, служб и сервисов, выбирать класс QoS при заключении SLA, вырабатывать меры по предотвращению длительных задержек доступа к серверам IMS в пиковые периоды нагрузки.
Результаты диссертационной работы внедрены в производственную деятельность Национального оператора АК «Узбектелеком», в НИР «Исследование устойчивости функционирования средств и сетей телекоммуникаций» (номер Гос. регистрации № 17-015), выполненной в Государственном унитарном предпритии Центр научно-технических и маркетинговых исследований - «UNICON.UZ» Государственного комитета связи, информатизации и информационных технологий Республики Узбекистан, а также использованы в учебном процессе на кафедре «Сети связи» Санкт-Петербургского университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, что подчеркивает их практическую значимость.
Соответствующие Акты о внедрении приводятся в Приложениях к диссертации.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы обсуждались на второй международной конференции в Центральной Азии по интернет-технологиям ICI2006 (Ташкент, 2006), десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), Всероссийской конференции с международным участием «Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем» (Москва, 2011), одиннадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2011), а также на семинарах СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.
4 По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, из
них 2 работы опубликованы в перечне изданий, рекомендуемых ВАК.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
модель процесса предоставления услуги речевой связи в IMS, учитывающая вероятностно-временные характеристики этапа установления соединения в BGCF и функции полезности технико-экономического характера (pecypcbi-QoS-доходы-расходы);
результаты исследования и сравнительного анализа классической кусочно-линейной и предложенной автором нелинейной функций полезности для целей исследования NGN;
модели оптимального распределения сетевых ресурсов NGN для классической кусочно-линейной и нелинейной функций полезности с учетом QoS-ограничений и приоритетной структуры многопользовательского трафика;
метод расчета пропускной способности сети доступа при объединении потоков трафика на участке «сеть доступа - ядро сети» с учетом влияния домашних сетей.
Личный вклад автора. Основные результаты теоретических и прикладных исследований получены автором самостоятельно. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит постановка, решение задачи и обобщение полученных результатов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит ПО страниц машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 76 наименований и четырёх приложений, а также включает в себя 32 рисунка и 8 таблиц.
Объектом исследования являются сети связи следующего поколения в целом, а также их интеллектуальное ядро - подсистема мультимедийных сообщений IMS. Объект рассматривается во взаимосвязи технико-экономических показателей соглашения об уровне обслуживания, включающих вероятностно-временные характеристики (качество обслуживания) и производительность серверов.
Предметом исследования являются модели и методы расчета плана распределения ресурсов в NGN с учетом нормативов по качеству обслуживания и соглашений об уровне обслуживания SLA.
