О МЕХАНИЗМЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЕМ УСЛУГ В ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

В.А. Бабошин

К.Е. Легкое

О МЕХАНИЗМЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЕМ УСЛУГ В

ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СПЕЦИАЛЬНОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

В настоящее время в системах связи специального назначения широко используются мультисервисные сети широкополосного беспроводного доступа. С учетом возросших требований к перечню услуг мультисервисной сети, удельный мультимедийный трафик поглощает значительную часть её пропускной способности и повышает требования как к качеству информационного обмена, так и к качеству управления предоставлением услуг. В рамках реализации концепции AMS (Advanced Multimedia System) предлагается новый метод управления процессом предоставлением услуг.

Данная статья посвящена оценке качественных возможностей по управлению инфокоммуникационными услугами системы связи специального назначения в приложении к сетям беспроводного широкополосного доступа.

Ключевые слова: сети специального назначения, контейнер, мультисервисная сеть, трафик, беспроводный широкополосный доступ, коллизионные потери, доступный перечень услуг

В контексте дальнейшего технологического развития телекоммуникационной отрасли ближайшей перспективой является внедрение концепции AMS (Advanced Multimedia System), для чего необходимо переосмысление процесса управления предоставлениемуслуг должностным лицам органов управления (ДЛ ОУ) в системе связи специального назначения (СССН), неотъемлемой частью которой является мультисервисная сеть широкополосного беспроводного доступа [1]. Доступность, качество и

своевременность предоставления услуг непосредственно зависит от системы управления и используемых в ней протоколов сигнализации. Так, например, в 1Р-сетях процедуры управления вызовами выполняются специализированными протоколами сигнализации, а непосредственная маршрутизация трафика обеспечивается другими сетевыми протоколами. В общем виде механизм сигнализации для 1Р-телефонии может иметь вид, представ-ленныйна рис. 1. [2].

Рис. 1. Механизм сигнализации в сетях 1Р-телефонии

Рис. 2. Основные фазы межшлюзового взаимодействия протокола Н.323

Существенным недостатком данных решений является необходимость многопротокольного обмена на разных фазах передачи информации, что приводит к возрастанию объема служебных сообщений, что проиллюстрировано примером межшлюзового взаимодействияпротокола Н.323 (рис.2).

Кроме того, протокол Н.323 использует до 100 информационных полей в сообщениях. Протокол сигнализации SIP (Session Initiation Protocol) использует несколько десятков полей, а для организации базового соединения необходимо всего три типа запросов (INVITE, BYE и АСК) и несколько полей (То, From, Call-ID, CSeq). 81Робеспечиваетряд основных функций, включая определение местоположения и доступности пользователя, возможности станции, установления и управления сеансом, однако и этот протокол требует достаточно большого объема служебной информации. Время установления соединения в условных единицах RTT (round trip time) составляет для протокола SIP 1,5+2,5 RTT, адля протокола H .323 6-7 RTT, что связано с тем, что в запросе SIP INVITE содержатся все сведения, необходимые для организации сессии, а для Н.323 обмен проводится неоднократно.

В соответствии с концепцией AMS создается универсальная коммуникационная платформа, позволяющая пользователям получать

мультимедийные услуги в любом месте и на любом устройстве. Она предоставляет возможности (в зависимости от контекста) по обнаружению устройств и сервисов, организации бесшовных сессий передачи, автоматической настройке, адаптации и изменению характеристик этих сессий. Для этого используется принцип декомпозиции, согласно которого персональное терминальное устройство пользователя описывается как контейнер (container), использующий универсальное звено сигнализации [1,3]. Подобным контейнером является и мобильное устройство (телефон, коммуникатор), позволяющее управлять целым набором услуг в рамках одного канала (звена) сигнализации с использованием универсального протокола (рис.3).

Совокупность контейнера и зарегистрированных в нем приложений называется AMS Assemblage — сборка AMS, конфигурация которой иопределяет, какие услуги доступны пользователю устройства-контейнера (рис.4) [1]. Из рисунка видно, что компоненты AMS Assemblage могут присутствовать в одном устройстве (мульти-медийныйтерминал) или находитьсяивфизи-чески разнесенных устройствах.

Очевидно, что данный подход требует совершенствования механизма управления процессом предоставления услуг. Функциональная структура AMS Assemblage подразумевает деление на два основных уровня: транспортный

Рис. 3. Взаимодействие приложений в АМБ

Рис. 4. Структура АМБ сборки

и приложений. Транспортный уровень состоит из подуровней сигнализации и передачи данных. Уровень приложений представляет собой набор приложений, каждое из которых выполняет какую-то задачу, например, аутентификацию, тарификацию, определение местоположения или управление конфигурацией [3]. При этом приложения могут взаимодействовать друг с другом, как локально (активировать тот или иной элемент интерфейса, скопировать файл), так и удаленно (при осуществлении голосовой и видеосвязи, при передаче данных), а также одновременно (локально и удаленно), например, перевести голосовой вызов с мобильного телефона на стационарный, перенести видеосессию с коммуникатора на телевизор и т. п.

Следует отметить, что с учетом возросших требований к перечню услуг, удельный вес различных видов трафика значительно меняется, причем мультимедийный трафик поглощает значительную часть пропускной способности сетей и повышает требования к качеству информационного обмена.

Особенно актуальна эта задача применительно кмультисервисным сетям беспроводного широкополосного доступа, функционирование которых зависит от условий распространения радиоволн, а также наличия как непреднамеренных, так и преднамеренных помех, что требует, в том числе, оценки уровня помехозащищенности приёма сигналов, от которого будет зависеть возможность предоставления той или иной услуги. Радиус действия отдельного терминала определяется пороговым значением мощности сигнала Рс пор, обеспечивающим правильный прием пакета в точке приёма. При этом в зоне радиодоступа, ограниченной радиусом Я, вероятность ошибки при поэлементном приеме пакетной информации не превышает минимально допустимое значение Рк т{п, фактически определяющее возможность предоставления той или иной услуги. Очевидно, что если исключить влияние местности и помех, зона доступности к определенному перечню услуг (относительно базовой станции) может быть представлена в виде совокупности Ф={Ф2, ...Фк, ...ФкЬ состо-

ящей из К подзон, в которых обеспечивается передача пакетов с определенной полосой пропускания, то есть К определяет доступный перечень разнородных услуг . . .,£к}.

В реальных условиях существует задача рационального распределения общего ресурса, в случае, когда пользователи услуг сети находятся вразличныхусловияхведениясвязи (удаленности абонентов от точки доступа, условий распространения радиоволн, воздействия помех, требований к предоставлению услуг, приоритета пользователей, требований по своевременности, достоверности и т.д.). Очевидно, что наибольший интерес представляет определение практической пропускной способности сети. Так, согласно модели Бьянки при распределенном механизме управления доступом DCF (distributed coordination function), моменты времени i и (¿+1) соответствуют началам следующих друг за другом виртуальных слотов (ВСл). Предполагается, что вначале ВСл каждая станция пытается отправить пакет с вероятностью т, определяемой как (1):

т.-J—-- ,(1)

„1 _ p"*1) + Wo [1 - p - p(2p)_ (1 + p"q)]

где q=l-2p,W0 — минимальный размер конкурентного окна; т — максимальное число попыток передачи; т' — номер попытки передачи при максимальном размере конкурентного окна, т 4т';р — условная вероятность потери пакета.

При нахождении терминалов в зоне взаимной радиовидимости (функция DCF) попытки передачи происходят в одинаковых для всех узлов временных интервалах и условная вероятность потери пакета определяется как:

p = 1 -(1 -т) "-1, (2)

где п — общее количество терминалов (контейнеров) [3].

В многоскачковых сетях (при отсутствии взаимной радиовидимости), могут возникать потери пакетов из-за работы протокола MAC. Для рассмотрения влияние работы протокола MAC на условную вероятность p, рассмотрим упрощенную модель физического уровня. Таким образом, представим, что дальность передачи RT каждого узла фиксирована и все узлы передают с одинаковой мощностью; только терминалы в пределах подзоны Фк от передающего терминала

могут правильно принимать и декодировать пакеты; дальность контроля несущей каждым узлом фиксирована в пределах радиуса Rs\ нет эффекта энергетического захвата: пакет не может быть получен узлом, если он коллизирует ходя бы с одним пакетом, переданным любым узлом в пределах данного радиуса; канал связи без ошибок: полученный пакет всегда декодируется правильно при отсутствии коллизий. Введение этих ограничений позволит выделить проблемы, связанные непосредственно с работой протоколов MAC уровня в сетях с произвольным множественным доступом к среде, например 802.11 DCF.

Можно определить четыре различных категории потерь пакета из-за работы протокола MAC:

— потери из-за коллизий между скоординированными терминалами, происходящие из-за коллизии при одновременном получении пакетов от нескольких терминалов, находящихся в зоне радиовидимости;

— потери из-за информационной асимметрии: связь l(i,j), страдает из-за связи /'(г",/) по причине эффекта информационной асимметрии, если удовлетворены следующие геометрические зависимости: d(i,j) >RS, d{i, г") >RS,~, передающие терминалы связей I и Г вне зоны радиовидимости друг друга; d(j, ix)>Rs,: принимающий терминал I находится в зоне радиовидимости передающего Г; d(i,j) >RS, принимающий /'не находятся в зоне радиовидимости передающего терминала Г, где d={m, п) — евклидово расстояние между узлами тип. Вероятность потери пакета обозначимргй<г');

— потери из-за близких скрытых терминалов. Подобные потери происходят между двумя связями l(i,j) и /(i\j) когда: d(i, 0>RS: передающие терминалы Iи /'вне зоны радиовидимости; d(i, jx)<Rs: принимающий I находится в зоне радиовидимости терминала /'; d(i, j')<Rs принимающая станция I находятся в зоне радиовидимости станции l,pnh№ — вероятность потери пакета;

— потери из-за удаленных скрытых терминалов происходят между двумя связями l(i,j) и /'(г",/) когда d(i, 0>RS: передающие терминалы 1ж1' вне зоны радиовидимости; d(j, г") >RS: принимающий терминал I находится вне зоны радиовидимости передающего терминала /'; d(i,jx)<Rs принимающий терминал /> находятся в зоне радиовидимости терминала /.

В этом случае пакеты управления, посланные одной приемной станцией, интерферируют с приемом пакетов в другой. Хотя теоретически конфигурация симметрична, потери пакетов неравнозначны, так как узел, начавший передачу первым, может закончить её успешно. Полную вероятность потери пакета узла i можно рассчитать согласно выражения (3):

p(i) = 1 -[1 -pco(i)][1 -pia(0][1 -Pnh(i)][1 -Pfh(i)] -(3)

Приведенная классификация является достаточно полной для описания возможных

коллизионных потерь между любыми двумя связями в сети беспроводного широкополосного доступа СССН.

Таким образом, совершенно очевидно, что при прямой коррелированности Д5.И Фк, предоставляется возможность сформировать алгоритм управления инфокоммуникационными услугами системы на основе описанной концепции АМБ, а также определить вероятность предоставления определенного перечня услуг в зависимости от конкретных условий ведения связи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабошин В.А., Павлович А.А., Романюк И.А. Управление инфокоммуникационными услугами в мультисервисных сетях специального назначения // Труды Северо-Кавказского филиала МТУСИ. Ростов-на-Дону: ПЦ «Университет» СКФ МТУСИ, 2011. С. 50-153.

2. Гольдштейн Б. С. Сигнализация в сетях связи. — М.: Радио и связь, 1997.

3. А.Н. Salden, "Multimedia system analysis and processing," In Proceedings of2001 IEEE International Con-

ference on Multimedia and Expo, ICME2001, August 22-25, 2001, Waseda University, Tokyo, Japan

4. Бабошин В. А., Яковицкая M. В., Павлович А. А. Система управления инфокоммуникационными услугами в мультисервисных сетях специального назначения // Материалы 7-й научно-практической конференции «Проблемы развития технологических систем госудзрственнойохраны, специальнойсвязииинформации». 3—4 марта. В10 ч. Ч. 2 / Под общ. ред. В. В. Мизерова. Орел: Академия ФСО России. 2011. С. 114-118.