CC BY
145
Методы повышения пропускной способности уровня абонентского доступа
ХАРАКТЕРНОЙ ОСОБЕННОСТЬЮ СЕТЕЙ СВЯЗИ ПЕРСПЕКТИВНОЙ КОНЦЕПЦИИ NEXT GENERATION NETWORK (NGN) ЯВЛЯЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕТЕВЫХ СТРУКТУРАХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СВЯЗИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕТИ СВЯЗИ И ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗОК. СТАТЬЯ ПОСВЯЩЕНА ВОПРОСАМ ОРГАНИЗАЦИИ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ УСЛУГ НА УРОВНЕ ДОСТУПА NGN, КОТОРЫЙ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ СТРУКТУРУ, СВЯЗАННУЮ С ТРАНСПОРТНЫМ УРОВНЕМ СЕТИ СОВОКУПНОСТЬЮ НАПРАВЛЕНИЙ СВЯЗИ.
Степанова И.В.,
к.т.н., доцент МТУСИ, [email protected] Булатов С.В.,
аспирант МТУСИ
Развитие телекоммуникационной отрасли в России идет в направлении создания сетей связи перспективной концепции NGN, которая предполагает, что телефония будет надстраиваться над инфраструктурой сетей передачи данных. Совместное использование ресурсов сетей NGN и сетей мобильной связи, полноценная их конвергенция в архитектуре Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS), позволяет обеспечить абонентов уникальным набором возможностей и услуг. Укажем на такие свойства NGN, как мультисер-висность, многопротокольность и инвариантность к свойствам среды коммутации, а также возможность реализации принципа глобальной доступности услуги "4 Any" (Any Service — Anywhere — Anyway — Anytime), т. е. свобода для абонента получать то, что он хочет, где захочет, любым доступным ему способом и в любое время. Развитие услуг фиксированно-мобильной связи, возрастающая мобильность пользователей вызывают перераспределение потоков трафика, существенно влияя на интенсивность нагрузки. Таким образом, при реализации NGN возникают новые проблемы, имеющие важное наукоёмкое значение для отрасли телекоммуникаций.
Принцип максимально эффективного использования ресурсов сетей связи подразумевает возможность качественной и количественной адаптации, наиболее полное использование всех ресурсов и сервисов, надежность, доступность, безопасность. Основной характеристикой использования ресурсов сетей связи, которая в различной форме учитывается при расчете и проектировании сетевых структур, является пропускная способность участка сети связи или всей сети связи. Пропускная спо-
собность — это интенсивность нагрузки, которая может быть пропущена участком сети или всей телекоммуникационной сетью с заданным качеством обслуживания.
В сетях связи с коммутацией каналов качество обслуживания задается допустимой вероятностью потерь по вызовам. В сетях пакетной коммутации качество обслуживания характеризует совокупность показателей, среди которых можно выделить потери информационных пакетов и время пребывания пакетов в сети. С точки зрения оператора связи пропускная способность сети связи — это максимальный объем трафика, который может быть пропущен сетью при условии соблюдения требований по качеству обслуживания. Таким образом, пропускная способность сети связи — это базовый показатель, позволяющий прогнозировать доходы оператора связи. Следует отметить, что получение сверхприбылей в сетях связи за счет пропуска внепланового трафика связано, как правило, с нарушениями требований по качеству обслуживания. В условиях жесткой конкуренции пренебрежение качеством обслуживания может вызвать сокращение клиентской базы.
На уровне доступа сети NGN предусматривается возможность включения мультиплек-сорных абонентских коммутаторов (МАК) в транспортный уровень сети связи по двум и более маршрутам. Коммутаторы МАК являются наиболее массовыми элементами сети фиксированной связи NGN. Актуальным направлением исследований является изучение подходов к организации уровня доступа сети связи общего пользования, и разработка метода расчета его пропускной способности с учетом новых тенденций в развитии сетевых структур.
Традиционно в сетях телефонной связи общего пользования используется предположение о равенстве интенсивности потоков исходящего и входящего трафика на конкретном участке сети. На участке доступа к услугам телефонной связи такое равенство про-
диктовано предположением о свободном выборе для пользователей — с равной вероятностью они могут принимать вызовы или осуществлять их. Быстрое развитие справочноинформационных служб и средств абонентского доступа, внедрение интеллектуальных услуг приводит к перераспределению потоков трафика на сети. В том числе на участке доступа сети нового поколения NGN сложно прогнозировать соотношение между потоками исходящего и входящего трафика.
На рис.1 представлено прохождение потоков трафика телефонии на участке сети доступа NGN, которое соответствует варианту направления потоков исходящего и входящего трафика телефонии по разным маршрутам. Исходящий трафик с интенсивностью Аисх, создаваемый абонентами концентратора МАК, направляется в сторону опорнотранзитного узла (ТУ) сети NGN под номером Z (ТУ2). Входящий трафик телефонии с интенсивностью Авх поступает в концентратор МАК со стороны транзитного узла под номером Z (ТУС). Часть трафика замыкается внутри АК без выхода на транспортную сеть. Обеспечить эффективную защиту от асимметрии нагрузки позволит второй вариант организации включения абонентского концентратора в сеть NGN, представленный на рис.2 и предусматривающий использование пучков связи двухстороннего занятия. Это становится возможным при использовании систем сигнализации по общему каналу.
Имеются независимые направления связи (между МАК и ТУ2, между WG и МАК), на каждое из которых может поступать как исходящий, так и входящий трафик телефонии. Равномерную загрузку этих направлений связи по исходящей связи позволит использование процедур распределения трафика на МАК и процедур ограничения трафика на опорно-транзитных узлах.
Входящий трафик телефонии может по-
Абонентский концентратор
Рис. 1. Вариант раздельного прохождения потоков трафика телефонии на уровне доступа NGN
Абонентский концентратор
Рис. 2. Вариант использования пучков связи двустороннего занятия на уровне доступа сети NGN
ступать на концентратор МАК от одного из опорно-транзитных узлов (Ту. или ТУС). Возможна привязка входящего трафика только к одному из опорно-транзитных узлов. Привязка может быть изменена с учетом реальных объемов поступающего трафика.
На рис. 3 представлена зависимость вероятности потерь по вызовам в пучках связи между абонентским концентратором и опорно-транзитным узлом от величины Б, которая характеризует отношение между интенсивностью нагрузки от входящего трафика Авх и суммарной интенсивностью трафика А:
Б = Авх / А, (1)
где величина А может определяться, как А=Аисх +Авх, (2)
где Аисх — интенсивность исходящей нагрузки, создаваемой абонентами МАК.
Потери по вызовам определялись по первой формуле Эрланга, представленной в рекуррентном виде
Ру = Еу(А) = АЕу_, (А) / [V + АЕу_,(А)], (3)
где, в зависимости от варианта расчета, число линий в пучке V принималось равным суммарному числу линий V = Vисх + Vвх при А = Аисх +Авх или принималось равным V = Vисх при А = Аисх и Vисх = Vвх.
Последнее равенство в цифровых телефонных сетях общего пользования обеспечивается использованием четных и нечетных каналов в потоках Е1 для формирования пучков исходящих и входящих линий. Расчет проводился для фиксированного использования соединительных линий, равного 0,8, которое соответствует максимально допустимому использованию соединительных линий, рекомендованному для цифровых систем комму-
тации каналов.
Вероятность потерь по вызовам в пучке линий двухстороннего занятия Рдвустор.зан. для рассмотренного случая на два порядка меньше средней вероятности потерь Рсред-нее, которая определялась, как
Рсреднее = S х Рвх + (1- S) х Рисх, (4) где Рвх и Рисх — вероятности потерь по вызовам соответственно в пучках входящей и исходящей связи.
Следует подчеркнуть, что наименьшее значение величина Рсреднее имеет при выполнении условия S = 0,5. Если величина S < 0,5, то определяющими становятся потери по вызовам в пучке линий исходящей связи. Если S > 0,5, то определяющими становятся потери по вызовам в пучке линий входящей связи. В любом случае неравенство S = 0,5 вызывает рост потерь по вызовам на участке доступа сети NGN. Снижение использования соединительных линий относительно величины 0,8 приведет к уменьшению как величины Рдвустор.зан., так и значений Рсреднее. Однако общий характер зависимости Рсреднее от S сохранится.
Анализ зависимости, представленной на рис.3, позволяет сделать вывод, что объединение потоков исходящего и входящего трафика в пучке линий двустороннего занятия обеспечивает защиту от асимметрии нагрузки на участке абонентского доступа сети NGN.
На рис. 4а представлено прохождение потоков трафика телефонии на участке абонентского доступа сети NGN, которое соответствует перспективному варианту направления потоков исходящего и входящего трафика по разным маршрутам, включая обходное направление связи между транзитными узлами.
Исходящий трафик с интенсивностью Aисх, создаваемый абонентами концентратора МАК, направляется в сторону транзитного узла (ТУ) сети NGN под номером Z (Wz). Входящий трафик с интенсивностью Aвх
поступает в концентратор со стороны тран-
зитного узла под номером Z (Wg). Часть трафика будет замыкаться внутри МАК без выхода на транспортную сеть.
Существование независимых направлений связи (по исходящей связи — от МАК в сторону Wz, по входящей связи — от Wg в сторону МАК) повышает надежность сети связи, позволяя использовать второе направление как обходное в случае занятости всех линий в основном направлении. На рис.4а показана маршрутизация избыточного входящего трафика по пути Wg - Wz — МАК. Пропускная способность виртуальной канальной структуры, связывающей Wg и Wz, должна учитывать возможность такого транзита. В рассматриваемом случае выполнена привязка входящего трафика к транзитному узлу Wz.
Решение об использовании обходного направления должно приниматься на Wz, и
может быть реализовано совместно с Wg. Привязка может быть изменена с учетом реальной ситуации на сети с учетом требований надежности и в зависимости от объемов поступающего трафика.
На рис. 4б представлен вариант организации включения абонентского концентратора в сеть NGN с использованием двух направлений связи. Он отличается от предыдущего варианта использованием пучков линий двустороннего занятия, что становится возможным при использовании системы сигнализации по общему каналу №7. Имеются независимые направления связи (между МАК и Wz, между Wg и МАК), на каждое из которых может поступать как исходящий, так и входящий трафик телефонии. Равномерную загрузку этих направлений связи по исходящей связи позволит использование процедур распределения и ограничения трафика.
Входящий трафик телефонии может поступать на абонентский концентратор от одного из транзитных узлов (Wz или ТУG). Воз-
Рис. 3. Зависимость вероятности потерь по вызовам от S
можна привязка входящего трафика к одному из транзитных узлов — в рассматриваемом случае к транзитному узлу ТУ,,. Привязка может быть изменена с учетом реальной ситуации на сети с позиции надежности и объемов поступающего трафика.
На рис. 4а,б не показано использование средств аудиконтакта, направленное на снижение числа повторных вызовов. Эта услуга реализуется в момент поступления вызова, если невозможна связь с пользователем по причине его неответа или занятости другим разговором.
Рассмотрим примеры. Можно ожидать, что повысить пропускную способность участка доступа позволит подключение к конкретному абонентскому концентратору пользователей квартирного и народно-хозяйственного (бизнес) секторов в равных долях. Наибольшую эффективность предложенное решение покажет в случае несовпадения часов наибольшей нагрузки (ЧНН) по исходящему и входящему трафику, а также в том случае, когда в абонентский концентратор будут включены абоненты разных категорий и разных сфер деятельности. На практике реализовать такой подход бывает затруднительно, поскольку число оконечных устройств пользователей квартирного сектора превышает число оконечных устройств народнохозяйственного и бизнес сектора.
Возможный вариант — включение операторов виртуального информационного центра (Са11-центра) в абонентский концентратор "спального" района мегаполиса. Поскольку в рабочее время исходящий трафик телефонии
МАК
Рис. 4. Варианты прохождения потоков трафика телефонии в сети доступа ЫОЫ: а — вариант раздельного прохождения потоков трафика телефонии; б — вариант использования пучков связи двухстороннего занятия
будет небольшим, допустимо обслуживание входящего трафика к операторам Call-центра как по прямому, так и по обходному направлениям, что позволит реализовать основную задачу Call-центров — прием вызовов без потерь.
При выборе конкретного варианта включения сети доступа в транспортную сеть NGN следует учитывать влияние значительной асимметрии входящего и исходящего трафика при реализации комплекта услуг Triple РЬу — объем входящего мультимедийного трафика значительно превышает объем исходящего трафика. Асимметрия входящего и исходящего трафика с одной стороны является следствием технических решений оборудования цифровой абонентской линии xDSL, а с другой стороны — представляется следствием опережающего развития таких услуг, как видео по запросу и получение телевизионных программ в общем пакете услуг, включающем речевые услуги и доступ к сети Internet.
Кроме того, мультимедийный трафик по своим характеристикам резко отличается от трафика телефонии. Следует также учитывать особенности поведения пользователей сети Internet, тем более, что оконечное оборудование позволяет им захватывать максимально возможную полосу пропускания. Как показывает опыт предоставления мультимедийных услуг, такой захват зачастую происходит в нарушение имеющихся договоров и в ущерб других пользователей.
Одним из действенных способов управления сетями связи при перегрузках является использование приоритетов в обслуживании вызовов и, в частности, возможность введения абсолютного приоритета. Как отмечается в ряде научных трудов по теории телетрафика, потоки трафика с более низким приоритетом практически не будут влиять на обслуживание потока трафика, имеющего абсолютный приоритет. Перспективным решением является предоставление абсолютного приоритета речевому трафику, принципиальные возможности которого реализованы в последних протоколах 1Р. При этом трафик приложений с более низким приоритетом (видео, данные) практически не будет влиять на обслуживание речевого трафика, имеющего более высокий приоритет.
Оконечные устройства пользователей сети Internet устанавливают и в дальнейшем могут корректировать скорость передачи информации в автономном режиме в зависимости и с учетом различных факторов. Трафик телефонии с одной стороны требует фиксированной и относительно невысокой скорости передачи, а с другой стороны обслужива-
Мультимедийный абонентский концентратор
Рис. 5. Варианты прохождения потоков трафика телефонии в сети доступа ЫОЫ
ется в режиме с отказами. Таким образом, введение приоритетов является обязательным условием совместной передачи мультимедийного и телефонного трафика. При организации включения в транспортную сеть коммутации пакетов мультимедийного абонентского концентратора перспективным представляется вариант, представленный на рис. 5.
Для этого варианта важными становятся следующие уточнения: исходящий трафик телефонии пойдет по пути МАК — ТУ^ входящий
трафик телефонии пойдет по пути ТУ,, — МАК;
входящий мультимедийный трафик пойдет по пути ТУС — МАК с выделением отдельного ресурса пропускной способности; телефонный трафик должен иметь абсолютный приоритет перед мультимедийным трафиком, что позволит использовать ресурс пути ТУС — АК как ресурс обходного направления телефонии.
Таким образом, исследование и оценка пропускной способности уровня доступа сети ЫОЫ были проведены для различных вариантов обслуживания телефонного и мультимедийного трафика. Перечислим характерные особенности перспективного варианта построения уровня доступа: эффективная защита от влияния асимметрии нагрузки; возможность гибкого увеличения пропускной способности уровня доступа за счет ресурса обходного пути в транспортной сети; необходимость предоставления абсолютного приоритета речевому трафику.
Литература
1. Кучерявый А.Е., Цуприков АЛ. Сети связи следующего поколения. — М.: ФГУП ЦНИИС, 2006. — 280 с.
2. Основные положения по модернизации телефонной сети общего пользования для формирования ЫОЫ. — ЛОНИИС, Гипросвязь-северо-запад. — 2006.
3. Соколов НА Семь аспектов развития сетей доступа//Технологии и средства связи. Специальный выпуск "Системы абонентского доступа". — 2005. — С.14-23.
4. Корнышев Ю.Н., Пшеничников А.П., Харке-вич А. Д. Теория телетрафика. — М.: Радио и связь, 1996. — 272 с.
