CC BY
108
УДК 654.154.4
Е. А. Павловский
МОДЕЛЬ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА СИГНАЛИЗАЦИИ НА УЗЛЕ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
В статье произведен анализ требований к задачам, структуре и функциям системы, осуществляющей мониторинг сигнализации по общему каналу на узлах цифровых телефонных сетей, разработана модель обработки информации для имитационного моделирования такой системы и описаны технические решения по ее практической реализации.
узел связи, АТС, мониторинг, общий канал сигнализации, тестер сигнализации, ОКС, удаленный доступ.
Введение
Применяемые в настоящее время на российских сетях системы телефонной связи можно разделить на три основных поколения: уходящие в прошлое аналоговые системы, современные цифровые системы с коммутацией каналов, составляющие львиную долю оборудования как государственных, так и ведомственных сетей [1], и перспективные системы телефонии на базе коммутации пакетов.
Из-за широкого распространения цифровых сетей с коммутацией каналов, особенно - использующих управление с помощью сигнализации по общему каналу (ОКС), важным вопросом является мониторинг их технического состояния, быстрый поиск причин ухудшения качества абонентов и прогнозирование роста нагрузки.
1 Классификация методов контроля и сбора статистики
Существует множество подходов к контролю сигнализации на соединительных линиях с использованием ОКС. Условно их можно разделить на несколько классов.
78
Первый класс - контроль на уровне сигналов, передаваемых по физическим цепям. Этот класс включает в себя контроль соответствия формы электрических сигналов стандартным шаблонам, измерение уровня передаваемого сигнала, искажений и других физических параметров. Эти методы применяются при начальном монтаже соединительных линий и устранении аппаратных неисправностей оборудования и линий; непрерывный контроль физических параметров во время нормальной работы системы связи, как правило, не требуется.
Второй класс - контроль битовой структуры потока. Сюда относится контроль сигналов цикловой синхронизации, а также битстаффинга в каналах сигнализации. Создание отдельной аппаратуры для этой цели редко оправдано, поэтому такие функции включаются в приборы, реализующие методы первого и третьего классов.
Третий класс - мониторинг сигнализации ОКС. Этот класс предполагает расшифровку и проверку правильности информации сигнализации, передаваемой между двумя телефонными станциями по одному из стандартных протоколов (ОКС-7, DSS1, QSIG и др.). С использованием этой информации также возможен сбор статистики по нагрузке как на каналы передачи речевой информации, так и на сам общий канал сигнализации. Многие современные автоматические телефонные станции (АТС) имеют встроенные средства самодиагностики этого класса, однако, поскольку они являются дополнительной функцией, их реализация относительно примитивна и неудобна в использовании. Кроме того, при использовании оборудования разных производителей, что актуально в современных условиях конкуренции, требуется независимое устройство контроля для разрешения конфликтных ситуаций и систематизации статистических данных.
Наконец, четвертый класс - это активные методы проверки, предполагающие включение диагностического прибора в тракт в роли «эталонной» станции и имитацию взаимодействия. Приборы, реализующие такой контроль, функционально просты, но из-за огромного объема сценариев функционирования телефонной станции, особенно с учетом всех нестандартных ситуаций, чрезвычайно трудоемки в разработке. Методы этого класса тттиро-ко применяются при сертификации телекоммуникационного оборудования, но практически никогда - при его эксплуатации.
Итак, для мониторинга системы телефонной связи в процессе эксплуатации наиболее информативным является мониторинг ОКС. Перехват и расшифровка сообщений, передаваемых по общему каналу сигнализации, позволяют не только диагностировать неисправности, но и получить большое количество информации о функционировании сети связи в целом. При помощи сбора статистики по вызовам согласно методикам [2] можно отслеживать тенденции использования услуг связи пользователями и точнее прогнозировать развитие телефонной сети.
79
2 Требования к системе мониторинга ОКС
Основной сложностью в реализации мониторинга ОКС является то, что существующие системы сигнализации по общему каналу обладают чрезвычайно широкими возможностями для обработки вызовов и предоставления дополнительных услуг [3], что влечет за собой чрезвычайную сложность и объем сценариев взаимодействия. При разработке аппаратно-программного обеспечения АТС или другого подобного оборудования решение является простым: для тех сценариев, которые данным оборудованием не поддерживаются, предусматривается лишь возможность корректного отказа. Такой подход, очевидно, недопустим при разработке универсального оборудования мониторинга.
Другой проблемой, встающей перед разработчиками приборов мониторинга, является то, что такой прибор должен быть рассчитан на подключение к каналу сигнализации без перезапуска потока, а это означает, что в момент подключения связь между станциями, скорее всего, будет уже установлена и какие-то сценарии будут находиться в процессе выполнения. Следовательно, необходимо уметь осуществлять проверку корректности сценариев с любого момента, что сильно затрудняет проверку взаимосвязей между предыдущими и последующими сообщениями. Так, например, не зная, как происходило начало вызова, не всегда можно определить корректность его завершения; корректность активации услуги невозможно определить без знания того, была ли эта услуга заказана абонентом, и т. д.
Зачастую отмечается [4], что неоднозначность спецификаций, данных ITU-T также может представлять проблему при реализации: хотя для большинства случаев в рекомендациях приведены алгоритмы, они не включают в себя всего многообразия нестандартных ситуаций, которые могут возникнуть в реальных условиях.
Описанные выше проблемы разрешимы, т. к. конечным звеном в любой системе мониторинга является квалифицированный оператор, в отличие от телефонной станции, которая по возможности не должна требовать никакого вмешательства оператора при работе. Таким образом, возможно распределить задачи контроля между оператором и аппаратурой так, чтобы последняя выполняла более простые, но трудоемкие части работы, оставляя решение проблем, требующих интеллектуального решения, оператору.
К алгоритмически простым, но ресурсоемким задачам, которые целесообразно реализовать в оборудовании, относятся:
- выделение канала сигнализации из общего потока данных;
- выделение отдельных кадров;
- обработка битстаффинга и контроль проверочных комбинаций.
К алгоритмически более сложным и потому реализуемым программно задачам относятся:
- проверка структуры сообщений и допустимости значений полей;
80
- проверка последовательности передачи сообщений по простым сценариям;
- расшифровка значений битовых полей для представления оператору;
- накопление и хранение базы;
- подсчет статистики по нагрузке в соответствии с методикой ITU-T
E.500.
На долю оператора остаются наиболее «интеллектуальные», но не настолько трудоемкие функции, которые, к тому же, не нужно осуществлять в реальном времени и для всех сообщений, а именно:
- проверка соответствия передаваемой информации реальным услугам и возможностям конкретного оборудования;
- проверка последовательности передачи сообщений в сложных и нестандартных сценариях;
- анализ статистических данных.
3 Модель системы обработки информации
На основе выводов, полученных выше, можно составить схему обработки информации в системе мониторинга (рис. 1). Задачи, выполняемые системой, делятся на задачи реального времени, где поступающая информация
Рис. 1. Схема обработки информации в системе мониторинга
81
сигнализации требует безотлагательной обработки, задачи мягкого реального времени, где информация может быть буферизирована, и задачи отложенной обработки, где система может обрабатывать информацию по мере наличия свободных ресурсов.
Исходя из приведенной схемы обработки информации, можно составить модель обработки информации на основе стандартных элементов теории телетрафика. В качестве исходных источников нагрузки будут выступать исследуемые каналы сигнализации. Каждой группе каналов сигнализации сопоставляется устройство обработки реального времени, представляющее собой вторичный источник нагрузки, которая затем поступает на устройство высокоуровневой обработки, выполняющее интерпретацию содержимого кадров и сценариев взаимодействия. Это устройство реализуется программно на компьютере общего назначения и работает в режиме с буферизацией, для чего на его входе организуются очереди. Предполагается, что пользователи могут работать с системой удаленно, поэтому модель дополняется очередями приема и передачи в сети передачи данных, устройством обработки, имитирующим производительность этой сети, и финальным устройством обработки, реализующим пользовательский интерфейс.
0-0 -► 0 Устройство
0-0 —>. 1 о низкоуровневой
0-0 ! 9 обработки
Источники нагрузки /! | / ♦ V
(каналы связи) ✓ / •■'III
/ / / 1 ¥ J
/ / О- - \
/ Устройство Af
|—1 высокоуровневой П
0 обработки |
*
Хранилище Хранилище о
Пользовательский
интерфейс
t
I
Сеть
передачи
данных
сш
и
Рис. 2. Модель обработки информации в системе мониторинга
Разработанная модель слишком сложна для аналитического расчета, поэтому целесообразно использовать для ее анализа имитационное моделирование, например, с применением языка GPSS. Задавшись исходными данными о предполагаемых потоках информации сигнализации, на основе
82
модели можно получить требования к производительности всех устройств обработки и хранения, количеству памяти, выделяемом для очередей сообщений, а также к производительности сети передачи данных, с помощью которой к системе подключаются пользователи.
4 Программно-аппаратная реализация системы мониторинга
Для обеспечения простоты разработки и максимальной совместимости между компонентами системы использованы стандартные интерфейсы: USB для сопряжения сервера с аппаратной частью и TCP/IP (на базе проводной сети Ethernet, беспроводной сети стандарта 802.11 и др.) для подключения терминалов операторов. Из-за использования TCP/IP возможна также работа через сеть Интернет при наличии доступа с достаточной скоростью.
Оборудование связи
Система мониторинга
Система
передачи
Соединительные
линии
Е1
(G.703)
АТС
Аппаратный зал | узла связи
I
Помещение
операторов
Аппаратная часть
Контроллер
Е1
Устройство обработки на базе цифрового сигнального процессора
Программная часть
К другим узлам связи и/или терминалам
Терминалы
операторов
Локальная сеть (TCP/IP)
Рис. 3. Реализация системы мониторинга
В зависимости от структуры сети связи и нагрузки на каналы сигнализации количество элементов каждого вида может быть разным. Так, в одном аппаратном блоке может располагаться несколько контроллеров интерфейсов Е1, а количество блоков и терминалов операторов, подключаемых к одному серверу, ограничено только его производительностью и может достигать десятков, что достаточно для обслуживания одним сервером самых крупных узлов связи.
83
На основе приведенных принципов разработан тестер межстанционной сигнализации, прошедший сертификацию для использования на сетях связи и используемый как в коммерческих организациях, так и для организации учебного процесса в лаборатории связи Петербургского государственного университета путей сообщения.
Заключение
Предложенные в работе принципы и составленная модель дали возможность создать программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить непрерывный мониторинг качества обслуживания в сети телефонной связи и своевременно устранять возникающие неполадки, не дожидаясь жалоб абонентов, а следовательно, сократить расходы на обслуживание сети.
Полученная система не уступает по характеристикам более дорогим аналогам и уже зарекомендовала себя как в практическом использовании на сетях операторов связи «Волгателеком» и «Сибирьтелеком», так и при обучении студентов в лабораториях телефонной связи Петербургского государственного университета путей сообщения и Петербургского энергетического института повышения квалификации.
Библиографический список
1. Обзор систем сигнализации на цифровых сетях оперативно-технологической связи / Е. А. Павловский // Сборник трудов научной конференции «Шаг в будущее-2005», Санкт-Петербург, апрель 2005. - СПб. : ПГУПС, 2005. - С. 183-185.
2. Teletraffic Engineering and Network Planning / Villy B. Iversen. - Technical University of Denmark, 2011. - 583 p.
3. Эволюция распределенного мониторинга сети ОКС-7 / О. Г. Ловягина // Вестник связи. - 2006. - № 12. - С. 26-32.
4. ОКС № 7. Архитектура, протоколы, применение / А. В. Росляков. - М. : Эко-Трендз, 2008. - 320 с.
© Павловский Е. А., 2012
84
