Качество в сети СПС как залог безопасной и точной навигации Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Качество в сети СПС как залог безопасной и точной навигации

Рассматривается подход к оценке качества услуг сотовой подвижной связи для обеспечения гарантированной работоспособности систем Мониторинга и диспетчеризации передвижения спецтранспорта.

Максименко В.Н.,

профессор МТУСИ, к.т.н. доц.

Филиппов А.А.,

аспирант МТУСИ

Технологии позиционирования пользуются всё большим спросом в современном мире, в том числе и в бизнесе, связанным с риском. Например, для отслеживания местоположения автомобильного транспорта при доставке грузов особой важности.

Спутниковые системы! определения местоположения работают хорошо, но лишь до тех пор, пока у приемника сигналов не потеряна прямая видимость спутников (например, в тоннелях, под мостами, на крытых парковках, среди высотных зданий — рис. 1).

В таких случаях необходима навигация на основе Assisted GPS или Assisted ГЛОНАСС (A-GPS/ГЛОНАСС) или полностью основанная на сотовой связи. Более того, для отслеживания координат передвижения транспортного средства необходима гарантированно высоконадёжная и высокодоступная связь автомобильного транспорта с диспетчерским (координационным) центром (например, для службы инкассации или правоохранительных органов). Более того, в критических ситуациях необходима двухсторонняя голосовая связь между координационным центром и транспортным средством. Для этого важно наличие у оператора связи системы мониторинга и управления качеством услуг (QoS) [1 ].

Для систем контроля передвижения спецтранспорта используются сотовые каналы1 передачи данных. Терминал, установленный в автомобиле, получает свои координаты в реальном масштабе времени всеми доступными способами — со спутников GPS/ГЛОНАСС или с базовых станций СПС. Затем эти координаты1 он отсылает в координационным центр, для чего используется сеть СПС. Для того чтобы эти данные вовремя беспрепятственно доходили до адресата, необходимо иметь гарантированный минимально необходимый уровень качества услуги передачи данных. Что для этого должен

сделать сам оператор СПС? Рассмотрим возможные способы оценки качества услуг СПС. В дальнейшем будут использоваться следующие термины! модели eTOM (Enhanced Telecom Operations Map) [1 -3]:

• Product (Продукт, "услуга связи") — предоставляемый конечному пользователю (клиенту) продукт (то, что мы1 раньше называли услугой). Продукт может включать обслуживание, обработанный материал, программное обеспечение, аппаратные средства или любые их комбинации. Продукт может быть материальным (товар) и нематериальным (услуга) или их комбинацией. Продукт всегда включает в себя компонент сервиса сети.

• Service (Сервис сети) — разрабатываемый оператором сети для продажи в составе продуктов компонент функционирования сети (уже ближе к сетевому уровню). Один и тот же сервис сети может быть включен в различные продуюы.

• Resource (Ресурс) — физические и виртуальные компоненты, используемые для построения сервиса сети, которые привлекаются из области вычислительной техники и сети и включают в себя, элементы! сети, программное обес-

печение, информационные системы!, технологические компоненты и т.п.

Работу "сервиса" обеспечивает некоторое количество разных узлов (ресурсов). У каждого из них существует набор рабочих параметров, характеризующих качество его работы! (или напрямую на него влияющих). У разных типов таких объектов наборы! параметров разные. Для того чтобы сформировать карту качества работы! сети необходимо для каждого сервиса/ объекта (далее — "узла" или "объекта") привести весь набор параметров к универсальной интегральной шкале, которая будет характеризовать качество его работы! (рис. 2).

Значение качества может рассчитываться, например, как средневзвешенное (сумма показателей с весовыми коэффициентами) — формула 1, где q — интегральная оценка качества объекта, Рагатн — параметры!, характеризующие его работу, К — коэффициенты значимости. Это наиболее часто применяемая схема получения интегральной оценки [3].

£ (K - Parami)

q=-

(И

Рис. 1. Принцип работы различных видов связи с автотранспортом

n

Таким образом, можно получить оценки качества работы сервисов предприятия. А варьированием коэффициентов можно управлять качеством данного сервиса. Но следует учесть, что для этой формулы весовые коэффициенты локальны (т.е. для другого сервиса или ресурса их значения неприменимы) и должны в сумме составлять 1. Поскольку при таком подходе нужен подбор огромного числа значений (многие из которых определяются вручную), весовые коэффициенты в чистом виде лучше не использовать. Необходимой гибкости можно добиться, введя универсальные функции приведения параметров к единичной шкале, внутрь которых будут заложены необходимые коэффициенты. В общем виде выглядеть это будет так:

£ (F(Param,))

lq = 0

q > 0

q = 1

Fq = 1

max(NDCSLA, NDC)

NDCl Fq = 1 - max(1, NDC)

[2]

где F.() — функция первичной обработки параметра и приведения его к качественной шкале е [0...1]. Функции индивидуальны для каждого типа параметров, но независимы! от объектов (сервисов), в состав которых они входят. Их можно получить на основе значений, указанных в SLA (Service Layer Agreement). Рассмотрим два примера.

1. Число потерянных вызовов.

Допустим, SLA указано: "число потерянных вызовов (NDC) — до 1%". Это значит: INDC>1% INDC<1% INDC=0%

(3]

Рис. 2. Базовый контроль качества работы сети

достижимо крайне редко, то брать всю шкалу будет неудобно для системы мониторинга качества. А если взять за верхнюю границу значение 3,5, модно составить следующую систему неравенств:

ГМОЯ < 3.5 1М08 > 3.5 |М08 = 1 < 1 {я=1 к=0 ( )

И функция для вычисления единичного показателя будет иметь вид:

Fq :

min(3.5,MOS) ' 3.5

[6]

Функция вычисления единичного показателя Fq будет выглядеть как:

[4]

Рассмотрим некоторые возможные подходы к формированию оценки ОоБ по отношению к продукту.

Объектный подход

Поскольку для формирования услуги ("продукта") используется множество сетевых объектов, необходимо рассчитывать показатели качества для всех задействованных узлов. Рас-

смотрим процесс оказания услуги на основе приведённой ранее карты, поднимемся выше по диаграмме SID eTOM и выделим ресурсы1, задействованные при формировании одного конкретного продукта (рис. 3).

Принцип этой схемы1 похож на введенный [.Фордом в автомобильной промышленности принцип конвейерной обработки: информация ("услуга") от/к клиенту проходит множество стадий обработки на различных узлах, зависит от многих ресурсов. И качество оказанной в итоге услуги (продукта) зависит от работы всех сервисов, задействованных при ее оказании.

Следует отметить, что подобные "маршруты" могут пересекаться —многие услуги используют одни и те же сервисы1 и ресурсы!. В этом случае ухудшение качества общего сервиса приведет к деградации всех затронутых продуктов. И, соответственно, восстановление и улучшение качества такого сервиса повлияет на качество всех использующих его продуктов. Важно также, что изменение коэффициентов

2. Оценка MOS.

Широко используемая методика субъективной оценки качества описана в Рекомендации ITU-T P800 и известна как методика MOS [Mean Opinion Score) [4]. В соответствии с ней качество речи, получаемое при прохождении сигнала от источника через систему связи к приёмнику, оценивается как арифметическое среднее от всех оценок, выставляемых экспертами после прослушивания тестируемого тракта передачи. Эта оценка имеет 5-бальную шкалу

Оценки 3,5 балла и выше соответствуют стандартному и высокому телефонному качеству, 3,0...3,5 — приемлемому, 2,5...3,0 — неудовлетворительному. В телекоме нижняя граница значения MOS принимается за 3,5 балла. Поскольку значение 5 баллов на практике

КАРТА ПЕРСОНАЛА

Рис. 3. Схема задействованных ресурсов сети для оказания определенной услуги связи

q =

n

Q =

I

N„ I

[8]

где, N — число классов (видов) параметров; |\1ор] — число объектов, содержащих параметр ¡; Ор| — параметр с индексом 1 объекта ¡.

Такой подход позволяет при необходимости ввести коэффициенты! значимости для каждого типа параметров и оценить итоговые значения. Однако он не предполагает подсчёта оценок качества работы! самих ресурсов, в результате чего придется либо производить дополнительные расчёты!, либо отказаться от их мониторинга (что в некоторых случаях неприемлемо).

Следует отметить, что этот метод также связан с некото-

Рис. 4.Метод сложения одинаковых параметров для различных объектов рыми сложностями: принцип

аддитивности значений пара-

значимости (формулы! 1,2) также будет влиять на множество продуктов.

Таким образом, если собрать параметры! качества сервисов, формирующих продукт, можно получить оценку качества продукта. Например можно посчитать и вычесть возможное значение деградации качества услуги на всех ресурсах:

QcepBtfcai)

[7]

где О высчитываете^ на основе суммы

т продукта !

разницы! максимального (единица) и реального (ОсерВИса,) показателей качеств каждого сервиса.

Подход "от объекта11 удобен тем, что позволяет декомпозировать (детализировать) общую оценку качества сверху вниз по иерархии объектов. То есть, если О продукта упало ниже нормы!, можно посмотреть, какие из составляющих его О сервисов/ ресурсов в этом виноваты!, и в дальнейшем детально рассмотреть их индивидуальные характеристики. Однако оценить итоговое значение какого-либо конкретного параметра (например, задержки пакетов) на всем маршруте не представляется возможным.

Параметрический подход

Возможен также и другой подход к формированию глобальной оценки качества — "от параметров" (рис. 4). Для подсчета оценки качества услуги О можно на ее "маршруте" собрать суммарные или средние значения всех параметров и затем подсчитать общую оценку (формула 8).

метров на маршруте может не всегда подразумевать простое сложение (как, например, время задержки); каждый сервис может характеризоваться различным набором параметров и это придется учитывать при подсчете средних значений.

В обоих методах рекомендуется использовать среднеквадратичные значения (для простоты! чтения оставлены формулы! со средним ари фмети ч еским).

Сложность реализации предложенных "объектно-ориентированного" и "параметрического" подходов к оценке и управлению качества на маршруте движения транспортного средства состоит в том, что необходимо в реальном масштабе времени осуществить сбор исходных данных и расчет показателей качества. Для этого в состав сети оператора сотовой связи необходимо включить многопроцессорную высокопроизводительную вычислительную систему и разработать параллельные алгоритмы для оценки и управления качеством [6]. Возможно, наилучших результатов можно было бы! добить-

ся при комбинировании "объектно-ориентированного" и "параметрического" подходов, но это потребует значительно большего количества вычислений.

Наличие карты уровня качества услуг для оператора связи обуславливает следующие преимущества:

• дополнение системы мониторинга сети;

• возможность оценить качество конечного продукта, что важно для клиента в первую очередь и что позволяет оперировать терминами более высокого уровня;

• возможность упростить и стандартизировать составление SLA

Наличие "карты уровня качества" для услуг передачи данных и определения местоположения позволит заранее планировать маршрут автотранспорта для перемещения особо важного груза. Для оперативной коррекции маршрута спецтранспорта необходимо учитывать два критерия: наличие "пробок" на маршруте и гарантированный уровень качества передачи данньх

Внедрение управления качеством услуг со стороны оператора потребует либо дополнения программного обеспечения, либо аппаратной надстройки над существующей сетевой инфраструктурой. Сложность решения будет зависеть от размеров, сложности и распределённости сети.

Литература

1. Максименко В.Н. Фалеева О.И. "Мониторинг: от управления качеством к VAS", ИнформКурь-ер-Связь, 2006. - №2. - С. 84-85.

2. ITU-T. TELECOMMUNICATION STANDARDIZATION SECTOR. (06/2004). "Telecommunications management network. Enhanced Telecom Operations Map® (eTOM) — The business process framework", M3050.1 @ ITU 2004.

3. Нагаев Е. "еТОМ: структурная модель бизнес-процессов для операторов связи", М.: Мобильные системы", 5, 2005.

4. Варжапетян А.Г. Квалиметрия: Учебное пособие / СПбГУАП. СПб, 2005. 176 с.: ISBN 5-80800138-9.

5. Рекоммендация МСЭ-Т P800.1: "Mean Opinion Score (MOS) terminology".

6. Максименко В.Н. Филиппов АА. "Центр обработки данных в структуре системы управления качеством оператора сотовой связи", T-Comm — Телекоммуникации и транспорт, №6, 2008. — С.47-51.

The quality of the network of SPS as a pledge of safe and accurate navigation

Maksimenko VN, Filippov AA

Abstract

Approach to assessing the quality of cellular mobile communications to ensure a guaranteed performance monitoring and dispatching systems of special vehicles movement is considered.

N

n