CC BY
52
УДК 004.043
МЕТОД РОЗПОД1ЛУ РЕСУРС1В СЕРВЕРА ОПЕРАТОРА МОБ1ЛЬНОГО ЗВ'ЯЗКУ1
Скулиш М. А., к.т.н.; Заставенко А. А.
Нацгоналъний технЫний ушверситет Украгни «КиХвсъкий полтехнгчний ¡нститут», Кигв, УкраХна, [email protected]
METHOD OF DISTRIBUTION OF MOBILE OPERATOR SERVER RESOURCES
M.Skulysh, PhD; A. Zastavenko,
National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute» Kyiv, Ukraine,
Вступ
Зростання конкуренцп у сферi мобшьного зв'язку призвело до значно-го збшьшення числа послуг, як пропонують абонентам мобшьш операто-ри. Наслщком цього стало ускладнення процесу обслуговування абонен-пв на серверi тарифiкацii. Обслуговування абоненпв на серверi тарифжа-цil е необхiдною складовою частиною процесу обслуговування абонентiв та надання 1м телекомушкацшних послуг. Оскiльки кожна послуга е пла-тною, оператор зв'язку залежно вiд типу тарифного плану здшснюе тари-фiкацiю заявки або в перед наданням послуги в режимi реального часу або в режимi offline мае перевiрити наявнiсть кошпв на рахунку абонента, зробити перерахунок, тобто здшснити ряд стандартних операцш.
Значна кiлькiсть робiт присвячена забезпеченню ефективно1 тарифiкацii, при цьому розглядаються питання розробки правил PCC (Policy Charging Control), в яких задаеться пол^ика обслуговування iндивiдуально для кожного типу сервюу залежно вiд тарифного плану [1, 2-4, 5]. Роботи [6, 7, 8] присвячеш оптимiзацii бшнгових систем i повязанi з дисциплшою обслуговування направлених на диференщащю вхiдного потоку та створення нових правил послщовност тарифiкацii абонентiв.
Однак, для операторiв зв'язку достатньо гостро постае проблема перевищення часу обслуговування заявки саме на серверi тарифшацп, оскiльки не враховуеться принцип розподшу ресурсiв технiчних засобiв, що у перюди пiкових навантажень е критичними для якост обслуговуваня.
Одним iз прiоритетних напрямкiв удосконалення системи обробки ви-кликiв в мережах мобшьного зв'язку е забезпечення ефективного розподь лу ресуршв на серверi оператора з урахуванням диференщацп послуг за змютовною складовою.
1 http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/941
Проблеми сучасних систем обслуговування виклиюв
Мобшьна передача даних сьогодш е ключовим драйвером розвитку Bcieí стiльникового галуз^ Якщо обсяг голосового трафiка в мережах практично не росте, то трафж передачi даних, навпаки, експоненцiально збшь-шуеться щорiчно, i в найближчi роки ця тенденщя збережеться.
Вся iндустрiя телекомунiкацiй розвиваеться з урахуванням цих тенде-нцш. Все бiльше iнформацiйних ресурсiв переходять до подачi матерiалу у формi вiдеороликiв, а не тексту з зображеннями. Все бiльше сервiсiв пере-!жджають в «хмару», а значить, вимагають гарантовано! якостi штернет-з'еднання.
Велика кшьюсть робiт та пiдходiв присвячена контролю якостi обслуговування абоненпв. Розробляються методи забезпечення показникiв якост в процесi передачi iнформацii на рiзних етапах обслуговування [9, 10, 5]. Вс цi тенденцп призводять до ускладнення процесу обслуговування виклиюв, тому сучаснi системи обслуговування мають певнi недолiки:
1. Неврахування важливих технiчних та тарифiкацiйних складових по-слуг призводить до нерацiонального використання ресуршв сервера.
2. Недостатньо ефективне управлшня навантаженням при збiльшеннi пропускно! здатностi системи обслуговування абонентiв, емностей каналiв та серверних ресурсiв, що забезпечують функцiю тарифiкацii та облжу на-даних послуг.
3. Розв'язок задачi керування в бiлiнгових системах, який не задоволь-няе вшм вимогам, може негативно впливати на яюсть послуги мобшьно! передачi даних.
Розподш трафiка за типами дозволить бшьш рацiонально використо-вувати ресурси сервера. Зараз все бшьше операторiв переходять вiд дина-мiчного до централiзованого розподiлу ресурсiв.
1дея розмежування трафiка за типами е перспективною для операторiв, вона частково реалiзована, але запропонована модель вiдрiзняеться тим, що враховуеться не лише економiчна ефектившсть вiд надання послуги, але й статистичш данi про навантаження на сервер у вибраний перюд часу, що дозволяе врахувати розподш сервiсiв у вхiдному потоцi та забезпечити ефективну обробку у рiзнi перюду часу.
Обробка виклиюв на сервер! тарифжаци
Процес тарифiкацii виклиюв, яю надходять до оператора мобшьного зв'язку, вiдбуваеться на серверi OCS (Online Charging System). Це сервер кредитного контролю в режимi реального часу. Здшснюе тарифшацш послуг, контролюе баланс абонента, виконуе обробку шформацп про надхо-дження та списання коштiв на рахунку абонента.
Схему обслуговування заявок на серверi тарифшацп показано на рис. 1 Заявки надходять на сервер за рiзними протоколами (Diameter, CAP2,
>ис. 1 Загальна схема online тарифкацп послуг на cepBepi
тарифкаци
MAP), у вщповщних модулях EDP (Enhanced Diameter Proxy) та RES i роз-под^ються мiж пулом адаптepiв вiдповiдних пpотоколiв. Пicля чого де-кодуються у вiдповiдних адаптерах CAP Protocol Adapter та Diameter Protocol Adapter та приводяться до единого виду.
Розкодовану справу модуль пе-редае на сервер бiзнec лопки SEE через модуль ма-ршрутизацп BUS. Сервер бiзнec ло-гiки SEE являеться ядром системи та-рифкацп та забез-печуе середовище для виконання по-cлiдовноcтi опера-цiй, яю передбачае процес обслуговування заявок.
Послщовнють опepацiй, якi повиннi бути виконаш для уcпiшного обслуговування заявки, включае в себе наcтупнi дп:
1. Вилучення iнфоpмацii про абонента. Для цього модуль SEE зверта-еться до бази даних керування абонентами CM DB.
2. Вилучення шформацп про мюце розташування абонента. Для цього модуль SEE звертаеться до бази даних, що збер^ае структуру мepeжi RI DB.
3. Вилучення шформацп про стан рахунку абонента. Для цього модуль SEE звертаеться до бази даних рахунюв абоненлв (Balance Storage).
4. Здшснюеться розрахунок вартост послуги на оcновi таpифноi книги та поточноi таpифноi модeлi абонента. Для цього модуль SEE звертаеться до модулю розрахунюв (RE).
5. З рахунку абонента зшмаеться плата за послугу. Для здшснення операцш дебету та резервацп коштiв модуль SEE звертаеться до бази даних рахунюв абоненпв (Balance Storage).
6. Формуеться звгг про надання послуги CDR. Для цього модуль SEE звертаеться до програмного модулю формування CDR (Toll Ticket Server).
7. Якщо це передбачено послугою, вiдпpавляетьcя повiдомлeння абоненту про результати наданих послуг. Для цього модуль SEE звертаеться до модулю для посилки повщомлень абоненту (MG).
8. Процес тарифкацп завершено.
Як видно процес тарифшацп е багатоетапним, при цьому операцп, яю поcлiдовно виконуються у ядpi бiзнec логiки SEE iз залученням piзних шд-систем, piзноманiтнi, вiдповiдно потребують piзноi кiлькоcтi оперативно!'
пам ят1, процесорного часу та дискового простору.
Задача розподшу ресурав сервера
Кожна послуга, що надаеться оператором мобшьного зв'язку характеризуемся певним типом заявки, що надходить на сервер. Заявкою будемо вважати запит абонента на виконання певно! послуги. При цьому у процес обслуговування заявки виникае юлька важливих проблем. По-перше, на сервер одночасно надходить велика кшьюсть неоднорщних заявок, яю по-требують негайно! обробки. По-друге, вхщний потш заявок нер1вном1рний. Третя проблема пов'язана 1з неоднорщнютю використання ресурс1в серверу при забезпечуванш обслуговування кожно! заявки. Серед основних ре-сурс1в сервера можна видшити таю, як оперативна пам'ять, процесорний час, об'ем постшно! пам'ят на дисках.
Обслуговування заявки на сервер! складаеться з виконання деяко! пос-лщовност операцш, яю можна роздшити на лопчно завершен етапи. Дал називатимемо щ етапи функщональними блоками. Для обслуговування абонентських заявок у функщональних блоках застосовуються вищезазна-чеш ресурси. Устшне проходження вс1х функщональних блоюв у заданш послщовност забезпечуе устшне обслуговування заявки на сервера Час обслуговування заявки на сервер! е обмеженим, тому якщо заявка перебу-вае в систем1 довше заданого часу, вона зшмаеться з обслуговування, 1 кль енту повщомляеться, що мережа зайнята. Таким чином, щоб звести втрати заявок до мш1муму 1 максим1зувати економ1чну ефективнють обслуговування виклиюв, необхщно забезпечити оптимальний розподш ресурс1в сервера м1ж р1зними типами заявок, що надходять до оператора.
Вхщними даними е об'ем кожного виду ресурсу, необхщний для обслуговування певного типу заявок у конкретному функщональному блощ, кшьюсть прибутку в1д ус1х вид1в заявок 1 максимальна кшьюсть ресурс1в, яку може надати сервер. Необхщно визначити кшьюсть ресурс1в, яку пот-р1бно видшити для обробки певного типу заявок.
Нехай ^ — кшьюсть заявок 1-го типу; Rg — g-й тип ресурсу ^=1,О, де G — загальна кшьюсть титв ресурс1в на сервер!); vijRg — кшьюсть певного ресурсу, необхщна для обслуговування одше! заявки 1-го типу у j-му функщональному блощ; Si — кшьюсть прибутку, який можна отримати вщ одше! заявки 1-го типу.
Тод1 кшьюсть ресурс1в, необхщних для проходження заявки 1-го типу
через вс функщональш блоки буде р1вна:
}
Загальна кшьюсть прибутку, отриманого в1д обслуговування ус1х заявок 1-го типу дор1внюе:
S = 2ЬД
i
Загальна кшьюсть ресурсу, яку займають всi заявки по вшх функщо-нальних блоках дорiвнюе:
vRg = 2 ki (2 vR ) (1)
i j
Оскiльки необхiдно максимiзувати прибуток, тому цiльова функцiя буде наступною:
2 ЬД ^ max
i
Обмеження задачi полягае в тому, щоб кшьюсть ресурсiв, необхiдна для обслуговування знайдено! кiлькостi заявок не перевищувала максима-льну кшьюсть ресурсiв, яку може надати сервер:
2 k (2 j) ^ у*
• j
Якщо розглядати окремо кожен тип ресуршв, отримаемо наступну систему:
'2k (2 vRl) * vRi
2 I 2 ]) * о
' ]
де — кшьюсть ресурсу першого типу, яку може надати сервер;
УКо — кшьюсть ресурсу G-го типу, яку може надати сервер.
Кшьюсть р1внянь системи вщповщае юлькост титв ресурс1в на сервера Результатом виршення задач1 на умовний екстремум буде кшьюсть заявок кожного типу, яку необхщно подати на вхщ сервера, щоб забезпе-чити максим1защю прибутку в1д обслуговування ус1х заявок. Для визна-чення розподшу ресурс1в м1ж р1зними типами заявок можна скористатись формулою (1).
При виршенш задач1 розподшу ресурс1в необхщно також враховувати статистичт дат про надходження заявок на сервер у р1зт перюди часу. На рис. 2 зображена статистика надходження заявок на сервер протягом доби. Осюльки сшввщношення м1ж юльюстю р1зних заявок е вщомою величиною, нескладно накласти додатков1 обмеження на юлькост заявок, яю бу-дуть отримат на виход1 задач1.
Додатков1 обмеження задачу отримат в наслщок анал1зу добово! статистики — це вщношення середньостатистично! юлькост заявок р1зних титв сервю1в:
<
ajj < Ъи.
1 kJ J
V/, J = 1, m
Рис. 2 Статистика надходження заявок протягом доби
де kj та kj — шукаш кшь-
костi заявок на тарифша-цiю, що надiйшли вщ i-го та j-го типiв серв^в вщпо-вiдно; atj та btj — числовi гpаницi pозpахованi на ос-новi статистичних даних про середньогодинну кшь-кiсть заявок на тарифша-цiю, що надходять до сис-теми; m — кшьюсть сервь сiв, для яких здшснюеться таpифiкацiя.
Оцiнка ефективностi
Iмiтацiйна модель, створена для pеалiзащi запропонованого методу показала, що при фшсованому розподш доступних технiчних pесуpсiв мiж piзними типами заявок, економiчна ефективнiсть роботи системи покра-щена на 5%, ^м того, кiлькiсть втрачених заявок через перевищення допустимого часу обслуговування, а також внаслiдок роботи алгорштв ран-нього попередження перевантажень, якi тpадицiйно застосовуються за для уникнення перевантажень скоротилася в середньому на 1%.
Було проведено два експерименти роботи iмiтацiйноi моделi для трьох тишв заявок на тарифжацш: текстовi повiдомлення (sms), мультимедiйнi повщомлення (mms) та дзвiнки. В першому на обслуговування видiлявся обмежений техшчний ресурс, який спiльно використовувався для обслуговування заявок на тарифшацш, в процес обслуговування застосовувався алгоритм RAD (Random early detection), який передбачав вщкидання заявок в pазi перевантаження серверу, кpiм того заявки втрачалися якщо час пере-бування i^ у системi перевищував максимально допустиме значення.
В другому експеримент технiчнi ресурси pоздiлялися вщповщно до запропонованого методу. На основi статистичних даних оператора мобшь-ного зв'язку про кшьюсть заявок, що надходить на сервер протягом дня та кшьюсть прибутку вщ обслуговування кожно^ був розрахований об'ем ресурсу, що видшяеться для обслуговування кожного з трьох титв заявок. Наприклад, кiлькiсть постiйноi пам'ятi складае 1,25 Мбайт для голосу, 9,15 Мбайт для sms i 17,5 Мбайт для mms- повщомлень. В ходi експериме-нтiв була iмiтована робота системи таpифiкацii з вхщним мультисеpвiсним потоком максимально наближеним до реального.
Не зважаючи не те, що в сумi кшьюсть втрачених заявок суттево не змiнилася, однак спостерiгався перерозподш кiлькостi заявок мiж рiзними типами, яю були втраченi, за рахунок чого спостер^алось зменшення роз-мiру сумарного втраченого прибутку в другому експерименл.
Розрахунок проводився виходячи з того, що одночасно в середньому надходить по 10 тисяч заявок на тарифжацш, кожного з тишв сервюу. В результат в ходi першого експерименту середнi втрати заявок склали 2%, в тому чи^ втрати заявок на тарифiкацiю бшб сервiсiв склали — 2,0%, шшб сервiсiв — 2,55%, голосу — 1,45%. В ходi другого експерименту се-реднi втрати заявок склали 1,8% в тому чи^ втрати заявок на тарифжацш сервiсiв склали — 1,65%, сервiсiв — 1,25%, голосу — 2,5%. В результал експерименту було визначено, що для першого випадку кшьюсть втрат складае: 870 у.о. для заявок 1 типу (дзвшки), 1800 у.о. для заявок 2 типу (8т8) та 3825 у.о. для заявок 3 типу (ття). Теоретично мож-лива кшьюсть отриманого прибутку при умов^ що вс заявки, яю надiйшли на сервер будуть оброблеш становить 100000 у.о. Загальна кiлькiсть втрат складае 6495 у.о., що становить 6,5% вщ можливого прибутку. Для випадку з застосуванням запропонованого методу були отримаш наступи данi про кiлькiсть втраченого прибутку: 1500 у.о. для заявок 1 типу (дзвшки), 1485 у.о. для заявок 2 типу (8т8) та 1875 у.о. для заявок 3 типу (ття). Загальна кшьюсть втрат складае 4860 у.о., що становить 4,86% вщ можливого
прибутку. На рис. 3 представлено порiвнян-ня розмiру втраченого прибутку у вщсотках для кожного типу заявок та загально! кшькост втрат до та пюля засто-сування методу розподь лу ресуршв мiж рiзними типами заявок. Результат експерименту показав, що загальна кшьюсть втраченого прибу-
Рис. 3 Пор1вняння розм1ру втраченого прибутку у вщсотках
тку зменшилася на 1,64%.
Висновки
Запропонований метод розподшу ресурсiв системи для забезпечення ефективно! обробки заявок дозволяе здiйснювати контроль за яюстю на-дання послуг, враховуе необхщну кiлькiсть ресурсiв для обслуговування одше! заявки, що дозволяе видшяти ресурси пропорцiйно вимогам сервюу, враховуе статистичш данi про кшькост заявок рiзних типiв сервiсiв, яю надходять у заданих iнтервалах часу, що дозволяе налаштовувати розподiл
техшчних ресуршв, що обслуговують заявки, вщповщно до складу вхщно-го навантаження, а також забезпечити економiчноï ефектив-
ностi процесу надання послуг.
References
1. Chaitanya T. V. K. and Larsson E. G. (2013) Improving 3GPP-LTE uplink control signaling performance using complex-field coding. IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 62, no. 1, pp. 161-171.
2. Costa-Requena J. (2014) SDN integration in LTE mobile backhaul networks. Information Networking (ICOIN), 2014 Int. Conf. on, p 264 - 269.
3. Wei-Ching Ho, Li-Ping Tung, Tain-Sao Chang and Kai-Ten Feng (2013) Enhanced component carrier selection and power allocation in LTE-advanced downlink systems. Wireless Communications and Networking (WCNC), 2013 IEEE, pp. 574-579.
4. Nuaymi L., Sato I. and Bouabdallah A. (2012) Improving Radio Resource Usage with Suitable Policy and Charging Control in LTE. Next Generation Mobile Applications, Services and Technologies (NGMAST), 2012 6th Int. Conf. on, pp. 158-163.
5. Globa L. and Skulysh M. (2011) Nodal routing with traffic classification. Polish association for knowlage management, No 42, pp 37-46.
6. Ouellette S., Marchand L. and Pierre S. (2011) A potential evolution of the policy and charging control / QoS architecture for the 3GPP IETF-based evolved packet core. Communications Magazine, IEEE, pp. 231-239.
7. Sok-Ian Sou, Jeu-Yih Jeng and Yinman Lee (2009) Signaling overhead of Policy and online Charging Control for bearer sessions in LTE network. Consumer Electronics, ISCE'09 IEEE 13th Int. Symposium on, pp. 593-597.
8. Malandrino F., Casetti C. and Chiasserini C.-F. (2014) LTE offloading: When 3GPP policies are just enough. Wireless On-demand Network Systems and Services (WONS), 11th Annual Conf. on, pp. 1-8.
9. Ghosh A., Ratasuk R., Mondal B., Mangalvedhe N. and Thomas T. (2010) LTE-advanced: next-generation wireless broadband technology. IEEE Wireless Communications, vol. 17, no. 3, pp. 10-22.
10. Li X., Bigos W., Dulas D., Chen Y., Toseef U., Goerg C., Timm-Giel A. and Klug A. (2011) Dimensioning of the LTE Access Network for the Transport Network Delay QoS. Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2011 IEEE 73rd, pp. 1-7.
Скулиш М. А., Заставенко А. А. Методрозподту ресурыв сервера оператора мобильного зв'язку. В cmammi запропоновано метод розподшу ресурЫв системи для за-безпечення ефективног обробки заявок, який дозволяе здтснювати контроль за ятстю надання послуг, враховуе необхiдну кшьюсть ресурЫв для обслуговування одтег заявки та статистичш дам про кшьк1сть заявок кожного типу серв^у, як надходять у за-даних ттервалах часу, що дозволить видшяти ресурси пропорцтно вимогам серв^у, а також налаштовувати розподш техшчних ресурЫв вiдповiдно до складу вхiдного потоку, та забезпечити максимiзацiю економiчноï ефективностi процесу надання пос-луг.
Ключов1 слова: система обслуговування виклик1в, система тарифтаци, ресурси сервера, розподш ресурЫв, бшнгова система.
Скулиш М. А., Заставенко А. А. Метод распределения ресурсов сервера оператора мобильной связи. В статье предложен метод распределения ресурсов системы для обеспечения эффективной обработки заявок, который позволяет осуществлять кон-
троль качества предоставления услуг, учитывает необходимое количество ресурсов для обслуживания одной заявки и статистические данные о количестве заявок каждого типа сервиса поступающих в заданные интервалы времени. Такой метод позволит выделять ресурсы пропорционально требованиям сервиса, а также настраивать распределение технических ресурсов в соответствии с составом входного потока, и обеспечить максимизацию экономической эффективности процесса предоставления услуг.
Ключевые слова: система обслуживания вызовов, система тарификации, ресурсы сервера, распределение ресурсов, биллинговая система.
M. Skulysh, A. Zastavenko. Method of distribution of mobile operator server resources.
The functioning of the online charging is important for the efficient work of mobile operator. The main disadvantage of a modern system service calls is that they do not consider the important technical and charging parameters of services, as the result, there is not enough rational utilization of server resources. The article proposes a method of distribution of system resources to ensure efficient processing of applications that allows to monitor the quality of services, taking into account the required number of resources to serve one application and statistics about the number of applications of each type of service received in a given time interval. It will allocate resources in proportion to the requirements of the service and configure the distribution of inputs respectively of the input stream, and to ensure the maximization of economic efficiency of service delivery.
In the section "Modern problems of service calls" the main disadvantages of modern systems of billing were analyzed. The work of the billing server is described in the section "Processing of calls in Online Charging System. The problem of resource allocation system is solved in the third section, called "The problem of distribution of server resources".
Keywords: system service calls, billing system, server resources, resource allocation, billing system.
