Гибридтік байланыс желі құрылымдары

Бұл дипломдық жұмыста аталған  байланыс желілеріндегі сигналды хабарламалардың  уақыттық-ықтималдылық сипаттамаларын бағалау арқылы, дауыс қызметтерінің  керекті деңгейде ұстап тұру қарастырылады.

NGN желісіндегі сигнализацияның  басты айырмашылығы, бұл желіде  сигналды трафик беру үшін  арналық ресурстарды бөлудің  керек еместігі. Яғни, сигналды трафикке  қызмет көрсету, деректерді беруге  негізделген транспорттық механизмдердің көмегімен жүзеге асырылады.

“NGN-дегі сигнализация желісі” дегеніміз  – сигналды трафиктің берілуін қамтамасыз ететін, барлық сигнализация байланысын айтамыз. Сигналды трафик деп мынадай  қасиеттерге ие: Протоколдардың хабарламалары  арқылы пайда болған, байланыстыру, ұстап тұру, модификация және байланысты үзуді ұйымдастыратын.

Сигнализация желісі – сигналды протоколдарды іске асыратын түйіндерден  және осы түйіндерді байланыстыратын  желі буындарынан тұрады. Байланыс операторлары бүгінде, NGN желісін жалпы қолданыстағы телефон желісіне және ip-желіге қондыру деп түсінеді. Сондықтан, жалпы қолданыстағы телефон желісіндегі абоненттердің жүктемесі, иілгіш коммутатор(Softswitch) басқаратын шлюздерге жиналады. Бұл әдіс көпдеңгейлі деп аталады, себебі шлюз транспорттық және рұқсат деңгейлерінің арасында, ал Softswitch  – басқару деңгейінде орналасады.

3.1 Есептің қойылуы

 

 

Ол шартты түрде 3 қосымша желілерге  бөлінеді: Арналар коммутатциясына  негізделген рұқсат деңгейі (ЖҚТЖ), транспорттық желі және IP және SIP протоколдарымен жұмыс істейтін, дестелер коммутатциясына негізделген рұқсат деңгейі. NGN желісінде сигналдық өзара қарым-қатынас, медиа-шлюздер үшін MEGACO протоколымен және сигналды шлюздер үшін Sigtran протоколын қолдану арқылы, иілгіш коммутатормен басқарылады.

Жұмыста сигнализация байланысын орнатқан кезде ЖКС-7, Sigtran және сеанстық байланысты орнататын SIP протоколы қолданылады  деп қарастырылады. Ендеше сигнализациядағы тура байланыс 3 компонентадан тұрады: ЖКС-7, Sigtran және SIP. Біз MEGACO протоколымен орнайтын байланысты қарастырмаймыз. Бұл біз қарастырып отырған ЖКС және SIP желілерін қолданушыларының арасындағы байланыстың, қызмет көрсетуінің сапа көрсеткіштерін (QoS) саралауға әсер етпейді.

NGN желісінің типтік сұлбасы  көрсетілген (3.1 Сурет).

 

 

3.1-сурет. NGN желісінің типтік сұлбасы

 

QoS көрсеткіштерінің ізделінетін  мәндері ретінде: Сигналды хабарламаларды  беру кезіндегі кідірісті және қызмет көрсету кезіндегі кешігу уақыт көрсеткіштерін аламыз (3.1-кесте). Сигналды хабарламаларды беру кезіндегі кідіріс және көрседыбысетін қызмет түрінің кешігіп қалу уақыт көрсеткіштерін ЭСХҰ Y.1541 стандарты бойынша аламыз.

3.1-кесте. Сигналды хабарламаларды беру кезіндегі кідіріс және көрседыбысетін қызмет түрінің кешігіп қалу уақыт көрсеткіштері

QoS көрсеткіштері	Сигналды хабарламаларды беру кезіндегі кідіріс, мс	Қызмет көрсету кезіндегі  кешігу уақыты, мс
	максималды	орта	максималды
2-класс (ЭСХҰ Y.1541 стандарты бойынша)	100	800	1500

 

Жұмыста тек ЖҚТЖ-нің рұқсат деңгейінен IP/SIP рұқсат деңгейіне шақыру түсуін қарастырамыз.

Төмендегі суретте ЖҚТЖ-нің рұқсат деңгейін пайдаланушы агентімен IP/SIP рұқсат деңгейін пайдаланушы агенті арасындағы (UA) байланыс диаграммасы  көрседыбысген (3.2 Сурет).

 

 

3.2-сурет. ЖҚТЖ-нің рұқсат деңгейін пайдаланушы агентімен IP/SIP рұқсат деңгейін пайдаланушы агенті арасындағы (UA) байланыс диаграммасы

 

Байланыс орнатудың функционалды сұлбасы қайталама хабарламаны  беру жоқ делініп салынған (3.3-сурет). Суретте сигналды шлюз (SGW) 3 бөліктенген түйін ретінде, Softswitch және  “Прокси-сервер” бір ғана түйінмен көрсетілген.

Функционалды сұлбаны түсіндіріп кетейік. Суретте сигналды шлюз (SGW) 3 бөліктенген түйін ретінде көрсетілген: ЖКС-7 желілік интерфейсі, орталық процессорлық құрылғы (ОПҚ) және желілік интерфейс Sigtran. Құрылғыда аталған элементтер бөлектенген плата негізінде немесе бір монолиттік жүйе ретінде орындалуы мүмкін.

 

3.3-сурет. Байланыс орнатудың функционалды сұлбасы

 

Біздің жағдайда сигнализация шлюзын 3 түйінге бөліп қарастыру, байланысты орнатудың және модельдің ары қарай құру көрнектігін ұсыну үшін енгізілген. ОПҚ түйіні – орталық процессордың жұмыс істеуін, қалған екі түйін – ЖКС-7 және IP желілеріне хабарламаның түскенге дейінгі кідірісін моделдейді. Softswitch және  “Прокси-сервер” өздері аттас желі түйіндерінің жұмысын моделдейді. Олар математикалық моделдеуді ықшамдау мақсатында бір ғана түйінмен көрсетілген. “IP/SIP транспорттық желі 1” түйіні Softswitch - прокси-сервер аралығындағы хабарламаларды беру кезіндегі кідірісті модельдесе, “IP/SIP транспорттық желі 2” және “UAs” түйіндері прокси-сервер – UA аралығындағы хабарламаларды беру кезіндегі кідірісін және абоненттік терминалдардың реакция уақытын моделдейді.

Жоғарыдағы суретке сәйкес байланыстың  орнатылуы кезекпен номерленген  этаптардан тұрады. SIP желісіне ACK хабарламасы, ЖҚТЖ-не ANM хабарламасы келуі, байланыстың сәтті болғанын көрсетеді.

 

 

3.2 Байланыс орнатудың моделі.

 

 

Байланысы орнатылған сигнализация желісінің  уақыттық-ықтималдылық сипаттамасын бағалау  үшін, желі құрылымын сипаттаудан  және сигналды алмасудан, математикалық модельге өткеніміз жөн. Компьютерлік желілерді жобалаудың анықтамасы бойынша желілік түйіндердің қосындысы жаппай қызмет көрсету желісін береді.

Байланыс орнатудың математикалық  моделін, ашық біртекті емес экспоненциалды жаппай қызмет көрсету желісі ретінде құрамыз. Жаппай қызмет көрсету желілерін моделдеуде қойылатын шектеуліктерге байланысты, 3.4-суреттегi (10-12, 17-19) және (13-16, 22-25) этаптарына сәйкес оқиғалар бір мезетте болады деп қарастырамыз (3.4-cурет).

 

 

3.4-сурет. Гибридті желіде сигналды байланыс орнатудың моделі

 

Бұл жерде қарастыра кететін  бір мәселе, ол ACM және ANM жауап хабарламалары SIP желісінен ЖКС-7 желісіне ескерілмейді. Олардың Softswitch пен сигналды шлюзге түсіретін жүктемесі ескерілмейді. Модельде 4 (Softswitch) және 2 (SGW) түйіндеріне түсетін, алдында ескерілмеген жүктемені есепке алу мақсатында қосымша сұраныс ағынын енгіземіз (ACM және ANM хабарламалары). Түйіндерге қызмет: 4-3-2-1 тәртібімен көрсетіледі. 1-ші түйінде қызмет көрседыбысу аяқталғаннан кейін, сұраныс жүйеден кетеді.

Бір сөзбен айтқанда, 3.3-суреттегі  сигналды хабарламалардың номерленуі 3.4-суреттегі номерленумен сәйкес келмейді.

3.4-суретте модельде байланысты  орнатуға қажетті барлық сигналды  хабарламалар және олардың түсіретін жүктемесі ескеріледі.

Осыған байланысты NGN желісінде SIP протоколының негізінде орнатылған байланысты BCMP-желісі түрінде көрсете  аламыз. BCMP желісінің атауы –  осы желі авторларына тиесілі (Baskett, Chandy, Muntz және Palacios).

Қарастырылып отырған BCMP-желісінің математикалық моделі М = {1,2…M}, M = 8 түйіннен тұрады. Ал айналымда R = {1,2…R}, R = 7 түрлі сұраныс болады. 3.4-суреттегі сұраныстардың жүруі рет-ретімен номерленген, ал сигналды хабарламаның түрі тек сұраныстың классы өзгерген кеде ғана көрсетілген. 3.2-кестеде сұраныс классына хабарлама түрінің сәйкестігі көрсетілген.

 

3.2-кесте. Сұраныс классына хабарлама түрінің сәйкестігі

Сұраныс классы	Хабарлама түрі
r1 ϵ {1,2}	IAM [ЖКС-7]
r2 ϵ {3,4}	IAM [Sigtran]
r3 ϵ {5,6,8,9}	INVITE
r4 ϵ {7}	100 Trying
r5 ϵ {10,11,12,13}	100 Ringing, 200 OK
r6 ϵ {14,15,16,17,18}	ACK
r7 ϵ {19,20,21,22,23}	ACM, ANM

 

i түйінінде қызмет көрсетіліп жатқан, r классты сұранысын, (i,r) – сұранысы деп атаймыз. Барлық мүмкін болатын сұраныс типтерінің жиынын – L^’= {(i,r): i ϵ M, r ϵ R} деп белгілейміз. Желідегі сұраныстардың маршрутизациясын Ө^’= (Ө_{ir, js}), i, j ϵ M; r, s ϵ R стохастикалық матрицасы арқылы көрсетеміз. Сұраныстардың желіден желіден шығуын білдіру мақсатында қосымша 9 түйінді енгіземіз. Егер, сұраныс 9 түйінге өтетін болса, оның классы r₀=0 тең болады. Ендеше, L^’={(9,0)} – бұл қосымша сұраныстардың көпмүшелігі. L=L^’ u L^’’ сұраныс көпмүшеліктерінің арасындағы өтулікті кеңейтілген стохастикалық Ө матрицасы түсіндіреді (3.3-кесте).

L көпмүшелігін әр түйінге жазатын болсақ:

 

L₁=(1,2); (1,23).

L₂=(2,3); (2,22).

L₃=(3,4); (3,21).

L₄=(4,5); (4,14); (4,20).

L₅=(5,6); (5,13); (5,15).

L₆=(6,7); (6,8); (6,12); (6,16).

L₇=(7,9); (7,11); (7,17).

L₈=(8,10); (8,18).

L₉=(9,0).

 

 

3.3-кесте. Кеңейтілген стохастикалық Ө матрицасы

Өir, js	(i,r), (j,s) Индекс мәндері
1	(1,2),(2,3); (1,23),(9,0).
	(2,3),(3,4); (2,22),(1,23).
	(3,4),(4,5); (3,21),(2,22).
	(4,5),(5,6); (4,14),(5,15); (4,20),(3,21).
	(5,6),(6,7); (5,13),(4,14); (5,15),(6,16).
	(6,7),(6,8); (6,8),(7,9); (6,12),(5,13); (6,16),(7,17).
	(7,9),(8,10); (7,11),(6,12); (7,17),(8,18).
	(8,10),(7,11); (8,18),(9,0).
0	Қалған жағдайларда

    

λ_ir – r классты сұраныс ағынының i түсіретін интенсивтілігі. 1-түйінге келетін (IAM хабарламалары) пуассон ағындарының интенсивтілігі λ-ға, ал 4-түйінге (ACM және ANM) - 2λ-ға тең болсын. Желі түйіндеріндегі ағын интенсивтілігінің теңдеуін шешу арқылы:

 

(3.1)

 

мынаны аламыз:

 

 

Аталған теңдеуді скалярлық түрге  келтіру А қосымшасында келтірілген. Экспоненциалды желідегі хабарламаларды әр-түрлі классқа бөлместен, бөлу заңдылығын қарастырайық.

Желі күйі мына вектормен сипатталады: n_i = (n₁, n₂,.., n_M), n_i = (n_i1, n_i2,.., n_iR), n_ir – (i,r) сұраныс саны, i – түйін жағдайы хабарлама санымен сипатталынады. i түйініндегі қызмет көрсету интенсивтілігін белгілейміз. 

           

        - жүктеме интенсивтілігі.

Стационарлы ықтималдылық үшін:

 

(3.2)

 

Сұраныстардың түйіндерге келуінің орта уақытын сұраныс траекториясы бойынша қосындылау арқылы, сұраныстың желіге келуінің орта уақытын аламыз:

 

(3.3)

 

Сұраныстардың түйінге келуі келесі формулалармен есептелінеді:

• Қызмет көрсету ұзақтығы – кездейсоқ шама, экспоненциалды заңдылық бойынша таралған:

 

(3.4)

 

Қызмет көрсету ұзақтығы – тұрақты  шама

 

(3.5)

 

Аталған математикалық модель сигналды хабарламалардың әр түйінге келуін бағалауға көмектеседі. Желідегі жалпы сигналды хабарламалардың келуінің орташа уақытын бағамдау үшін бізге олардың транспорттық желімен берілу кезіндегі кідірісін және сигналдың таралу кезіндегі кідірісін білуіміз керек.

Электрбайланысын стандарттаудағы  халықаралық ұйымдардың ұсынысы бойынша сигнализация желісімен ip дестесін беру кезіндегі кідіріс – 100 мс-тан аспауы тиіс. ҚР дестелік желі байланысындағы реалды транзиттік кідіріс диапазоны, сигналды тарату кезіндегі кідірісті ескере отырып, мынадай шамаларға ие (3.4-кесте):

3.4-кесте. ҚР дестелік желі байланысындағы реалды транзиттік кідіріс диапазоны

Желі түрі	Кідіріс, мс
Жергілікті	5-10
Аймақтық	20-30
Қалааралық	60-85

 

Сонымен, NGN желісіндегі уақыттық-ықтималдылық сипаттамаларын есептеу, барлық “абонент-абонент” аралығындағы желі түйіндеріндегі кідірісті және оларды транспорттық желімен таратудағы кідіріспен қосындылауға алып келеді. Аталған әдіс әрбір сигналды дестені беру кезіндегі кідірісті, байланыс орнатудың уақытын анықтауға көмектеседі. Осы модельді қолдана отырып, біз желінің әрбір түйініне түсетін жүктеменің интенсивтілігін болжай аламыз, бұл өз кезегінде болашақта жобалайтын желіміздегі критикалық шамадан тыс жүктелуді болдырмауға жол ашады.