Параметры качества услуг в сетях WiMAX Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Параметры качества услуг в сетях WiMAX

ВО. Тихвинский,

Генеральный директор ЗАО "СТЕЛТ Телеком",

СВ. Терентьев,

Системный архитектор сети ОАО "Мегафон"

ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ УСЛУГ, НЕОБХОДИМО РАЗВИТИЕ СТАНДАРТА СЕТЕЙ БЩД IEEE 802.11, ВВОД МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ НА МАС УРОВНЕ И РАЗРАБОТКА ПРОТОКОЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СТАНДАРТАМИ IEEE 802.16D/E, И ЭЛЕМЕНТОВ АРХИТЕКТУРЫ СЕТЕЙ WIMAX, ОТВЕЧАЮЩИХ ЗА ОБЕСПЕЧЕНИЕ QOS [1]. ПОЭТОМУ ОСНОВНОЙ ЗАДАЧЕЙ ДЛЯ ОПЕРАТОРА СЕТИ WIMAX ЯВЛЯЕТСЯ ЭФФЕКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАДИОРЕСУРСАМИ СЕТИ.

Основными факторами, определяющими качество предоставления услуг (QoS) в сетях беспроводного широкополосного доступа (БШД) являются:

• использование строго регулируемой и нерегулируемой части радиочастотного спектра (ISM — диапазоны частот или специально выделенные диапазоны);

• диапазон частот, выделенный регулирующими органами РФ (2,3/2,5-2,7/3,5/5 ГГц);

• использование технологий радиодоступа с пакетной коммутацией на базе IP-протокола, не обеспечивающего гарантированного качества предоставления услуг и не поддерживающего запрашиваемый профиль QoS для различных видов услуг;

• сетевые решения и планирование ресурсов сети оператором.

Необходимость управления качеством услуг, потребовала развития стандарта сетей БШД IEEE 802.11, ввода механизмов управления на МАС уровне и разработки как протоколов, используемых стандартами IEEE 802.16d/e, так и элементов архитектуры сетей WiMAX, отвечающих за обеспечение QoS [1].

Поэтому основной задачей, решаемой оператором сети WiMAX в ходе обеспечения качества услуг, является задача эффективного управления радиоресурсами сети. Это управление направлено на то, чтобы емкость сети была распределена в соответствующих пропорциях между абонентами и услугами в нужное время в нужном месте за счет использование эффективных алгоритмов планирования трафика, обеспечивающих баланс между требуемым QoS для каждого вида услуг и пользователя в соответствии с доступными ресурсами и потребностями абонентов. В ходе решения задач по управлению QoS должны быть задействованы также эффективные механизмы сигнализации для абонентов и приложений, позволяющие индицировать эти требования QoS в раз-

личных элементах сети и дифференцировать их между различными потоками данных. Управление QoS требует определения параметров и механизмов, обеспечивающих надежность и эффективность этого управления, которые будут рассмотрены ниже.

Качество предоставления услуг в сетях WiMAX

Система показателей качества услуг передачи данных в сетях WiMAX базируется как на показателях QoS для услуг сетей IP, так и на показателях для других услуг связи в сетях с пакетной передачей (VoIF, VPN, IPTV), и должна отражать удовлетворенность требований абонентов к данным услугам, а также включать в себя ряд требований к техническим и нетехническим параметрам качества услуг [2-4]. Эта взаимосвязь показана на рис. 1.

Нетехнические параметры качества услуг включают удовлетворенность клиентов службой сервиса, уровнем и гибкостью тарифов, доступностью пунктов обслуживания и продаж, и реализуется оператором БШД посредством комплекса маркетинговых мероприятий.

Совокупность технических параметров качества услуг связи отражает основные аспекты взаимодействия конечного пользователя с сетью связи и аспекты пользования услугой связи как товаром, приобретаемым у оператора соответствующей сети WiMAX. Такими параметрами являются: доступ к сети и к услуге, полнота и непрерывность услуги.

Доступ к сети обеспечивает абоненту в соответствии с договором с оператором связи возможность беспрепятственно подключиться к сети WiMAX и получить в свое распоряжение сетевые ресурсы для доступа к различным видам мультимедийных услуг, включая услугу речевой телефонии поверх IP. Доступность сети WiMAX подтверждается появлением на абонентском

Рис. 1. Факторы, влияющие на удовлетворение абонента качеством услуг

терминале пользователя сигнала о возможности установлении сессии.

Доступ к услугам БШД осуществляется в соответствии с желанием абонента воспользоваться данной услугой, которую оператор WiMAX должен предоставить как можно быстрее при условии подписки абонента на ее получение в договоре на обслуживание.

Полнота услуг отражает качество услуг сети WiMAX непосредственно для конечного пользователя в момент ее получения.

Непрерывность услуги характеризует условия завершения ее предоставления (по желанию пользователя или вопреки его желанию).

Большинство показателей качества услуг в сети широкополосного радиодоступа оценивается на основе статистики совершенных соединений (сеансов).

Так, доступность услуги в сети широкополосного радиодоступа можно оценить следующими параметрами [5,6]:

• Относительное число неудачных сканирований (WiMAX Scan Failure — SF) показывает вероятность того, что в зоне обслуживания сети WiMAX нет ни одной доступной абонентской станции;

• Относительное число неудачных попыток доступа абонентской станции к сети WiMAX (User Access Failure Ratio — UAFR) показывает вероятность того, что абонентская станция не может получить доступ к сети;

• Относительное число неудачных соединений (Association Failure Ratio — AFR) показывает вероятность того, что абонент не может установить радиосвязь с выбранной абонентской станцией;

• Относительное число неудачных попыток доступа к порталу (Portal Access Failure Ratio — PAFR) показывает вероятность того, что пересылка загрузочной страницы была не удачна;

• Относительное число неудачных попытокпо-лучения пароля (Password Retrieval Failure Ratio — PRFR) показывает вероятность того, что пароль полученный абонентом недействителен;

• Относительное число неудачных авторизаций (Authorisation Failure Ratio — AFR) показывает вероятность того, что авторизация абонента была неудачна;

• Относительное число неудачных по-пытокдоступа куслуге SAFR (Service Access Failure Ratio) показывает вероятность того, что доступ к услуге был неудачным;

• Относительное число неудачных попыток повторного доступа RAFR (Re-accessibility Failure Ratio) показывает вероятность того, что повторный доступ к базовой станции не был успешным из-за отказа сети;

• Время сканирования (Time to Scan — TS) — время, необходимое для поиска доступной базовой станции для доступа в сеть;

• Время доступа пользователя к сети (User Access Time — UAT) — время, необходимое для получения доступа к сети;

• Время доступа пользователя к услуге (Service Access Time — SAT) — время, необходимое для получения успешного доступа к услуге;

• Время попытки повторного доступа (Reaccessibility Time — RAT) — время, необходимое для повторной попытки установления связи с базовой станцией для доступа в сеть.

Эти параметры, дополняют и детализируют традиционные параметры, характеризующие как качество функционирования сети, так и QoS, включающие:

— минимальную резервируемую скорость передачи;

—максимальную поддерживаемую скорость передачи;

— допустимую максимальную задержку пакетов;

— стабильность задержки пакетов;

— уровень приоритета трафика.

Особенности построения сети WiMAX на МАС уровне

Сеть WiMAX состоит из следующих основных элементов, приведенных на рис. 2 [3,6]:

• SS/MS (Subscriber Station/Mobile Station)

— абонентский терминал(станция);

• ASN (Access Service Network)—сеть доступа;

• CSN (Connectivity Service Network) — базовая (опорная) сеть;

• ASP (Application Service Provider) Network

— провайдер услуг (приложений);

• NSP (Network Service Provider) — оператор-поставщик (провайдер) сетевых услуг;

• NAP (Network Access Provider) — оператор (провайдер) сети доступа (сеть доступа WiMAX).

На рис. 2 также показаны основные сетевые интерфейсы (R1-R5), в которых R1 — интерфейс между абонентским терминалом (станцией) SS и сетью доступа ASN (физический и MAC уровни, соответствующие стандартам IEEE 802.16d и IEEE 802.16e).

Эталонная модель архитектуры сети WiMAX, ориентирована на бизнес-модель схожую с виртуальными мобильными операторами MVNO[1,2]: (см. рис. 2). В ней различают: оператора сети доступа, осуществляющих строительство и эксплуатацию сетей доступа ASN; операторов транспортно-сетевых услуг CSN, осуществляющих строительство и эксплуатацию базовой (опорной) сети; провайдеров приложений NAP, осуществляющих предоставление услуг конечным пользователям с помощью имеющейся сети ASP.

Рис. 2. Элементы сети WiMAX

Рис. 3. Архитектура сети WiMAX:

AAA (Authentication — процедура идентификации пользователя, Authorization — процедура авторизации и Accounting — процедура учетньх операций)^ (Policy Function) — функциональный элемент CSN, обеспечивающий стратегию управления сети и управление качеством услуг передачи данных QoS; HA (Home Agent) — сетевой маршрутизатор, названный как "домашний агент".

Оператор (провайдер) сети доступа NAP (Network Access Provider) является оператором (бизнес-единицей модели MVNO), который предоставляет инфраструктуру сети радиодоступа WiMAX для одного или более поставщиков сетевых услуг NSR Оператор сети доступа может иметь несколько сетей доступа ASN.

Внутренний поставщик (провайдер) сетевых услуг H-NSP (Home Network Service Provider) является оператором (бизнес единицей модели MVNO), который согласно соглашений SLA с абонентами WiMAX об уровне обслуживания осуществляет аутентификацию и авторизацию пользовательских сессий, услуги биллинга. H-NSP взаимодействует с другими NSP для поддержки роуминга.

Внешний оператор-поставщик (провайдер) сетевых услуг V-NSP (Visited Network Service Provider) определен в эталонной модели архитектуры сети для обеспечения роуминга WiMAX- абонентам. Роуминговые абоненты используют сеть оператора V-NSP для доступа к услугам. Внешний оператор сетевых услуг V-NSP реализует функции "трех AAA"( авторизации, аутентификации и биллингации) для роумингового трафика в направлении домашнего NSP В зависимости от роуминговых соглашений между

H-NSP и V-NSP визитный NSP может либо предоставлять WiMAX-услуги (все или некоторую их часть) роуминговым абонентам, либо осуществлять маршрутизацию трафика

данных и управления/сигнализации к домашнему NSP

Провайдер услуг (приложений) ASP (Application Service Provider) является оператором MVNO, предоставляющим услуги конечным пользователям с использованием сетей провайдеров V-NSP или H-NSP

Сети доступа ASN (Access Service Network) предназначены для обеспечения радиодоступа абонентам сети WiMAX, выполняя следующие функции:

• протоколов канального и сетевого уровня WiMAX (layer-2) между абонентскими (MS) и базовыми (BS) станциями;

• передачу сообщений AAA домашним поставщикам сетевых услуг H-NSP для аутентификации, авторизации и биллинга абонентских сессий;

• доступность сети и выбор предпочтительных поставщиков сетевых услуг NSP;

• управления радиоресурсами RRM (Radio Resource Management).

В дополнение для обеспечения мобильности сети ASN должны так же поддерживать функции: мобильности (передачу обслуживания между базовыми станциями при перемещении абонентов), присоединения к различным сетям CSN в зависимости от местоположения або-

нентов, пейджинга абонентов.

Обеспечение мобильности пользователей в ASN заключается в сохранении соединений при перемещении пользователей между базовыми станциями (хэндовере). При этом должны обеспечиваться требования к качеству обслуживания (минимальные задержки и потери пакетов данных). Мобильность различается как внутри ASN, так и между различными ASN.

Основными элементами сетей доступа являются базовые станции, ASN-шлюзы.

Базовые (опорные) сети CSN (Connectivity Service Network) обеспечивают выполнение следующих основных функций: IP-адресации и управления пользовательскими сессиями в зависимости от профилей абонентов и услуг, доступа в Интернет, аутентификации, авторизации и биллингации( AAA), роуминга, поддержание мобильности между различными сетями ASN, поддержки сетевых услуг WiMAX: услуг, связанных с местоположением пользователей, установления одноранговых соединений (peer-to-peer services), авторизацию IP-мультимедиа услуг и др.

С учетом рассмотренных функциональных особенностей эталонная модель архитектуры сети WiMAX имеет вид, представленный на рис. 3.

Для обеспечения мобильности пользователей предполагается использование в CSN протокола MIP (Mobile IP). Протокол Mobile IP совместно с маршрутизатором HA позволяет пользователям перемещаться из одной сети в другую без прерывания сессий (сеансов связи). При этом маршрутизатор домашней сети, известный как домашний агент HA содержит список всех зарегистрированных мобильных узлов этой домашней сети.

Управление QoS в сети WiMAX на МАС уровне

В сетях WiMAX для решения вопроса о предоставлении гарантированного качества услуг используют традиционный метод (best effort — ВЕ), и метод обеспечения QoS следующего поколения.

Одной из ключевых функций MAC сети WiMAX является обеспечение требований для протокольных блоков данных (PDUs MAC), принадлежащих потокам данных для различных классов услуг и предоставляющих возможность как можно надежно обеспечить загрузку сети. Это предполагает, что каждому соединению должно соответствовать некое множество согласованных параметров функционирования сети, связывающих воедино все аспекты QoS, такие как задержка пакетов, джитер, скорость передачи данных, относительное число ошибочно принятых пакетов, и доступность сети. Поскольку требования к качеству QoS для различных услуг передачи данных могут существенно меняться, сеть WiMAX имеет изменяемые механизмы управления и транспортировки, которые соответствуют этим изменениям.

MAC уровень сети WiMAX является связанно-ориентированным. Каждое соединение идентифицируется в сети идентификатором соединения (CID), который выступает в виде временного адреса для передачи данных поверх традиционного канала связи. Соединения в сети WiMAX обеспечиваются с использованием 16-битовых идентификаторов соединения CID и которые могут запрашивать для соединения как фиксированную пропускную способность (полосу пропускания), так и полосу пропускания по запросу. Так как каналы в линии "вниз"

(DL) сети WiMAX являются в общем случае широковещательными, то идентификаторы CID также используется для разделения множества каналов в линии "вверх" (UL), которые связаны с одними и тем же DL-каналом. Абонентская станция определяет CID в принятых PDU и запоминает только эти PDU для адресации по ним. Протокольные блоки данных (PDUs MAC) являются блоками данных служащих для обмена между MAC уровнем, базовыми и абонентскими станциями. Эти блоки данных генерируются на более низких уровнях управления сети для следующего уровня и принимаются на более высоком от предыдущего уровня управления.

Каждая абонентская станция имеет стандартный 48-битовый MAC адрес, который служит идентификатором этой станции, а первичным адресом, используемым при ее работе, является CID. При вхождении в сеть абонентская станция устанавливает три управляющих соединения на каждом направлении связи. Эти соединения отражают три различных требования к качеству услуг на трех различающихся уровнях:

— базовое соединение передает короткие, критичные ко времени передачи сообщения MAC уровня и сообщения управления радиолиниями RLC;

— первичное управляющее соединение передает более длинные, устойчивые к задержкам сообщения, подобные сообщениям, используемым для аутентификации и установления соединений в сети WiMAX. Вторичное управляющее соединение базируется на стандартных сообщениях:

• Протокола динамического конфигурирования подключаемых устройств (DHCP — Dynamic Host Configuration Protocol);

• Протокола транспортировки простейших файлов (TFTP — Trivial File Transfer Protocol);

• Простого протокола управления сетью (SNMP — Simple Network Management Protocol).

В дополнении к этим управляющим соединениям абонентские станции сети распределены по транспортным соединениям, обеспечивающим установленные договорами услуги.

— транспортные соединения — являются несимметричным соединениями и облегчают обеспечение различных требований QoS и параметров трафика, назначаемых для каналов DL и UL, как правило, парами.

Классы услуг на основе временной приоритизации данных

MAC уровень сети WiMAX использует механизм временной приоритизации данных (Scheduling service) для того чтобы доставить и управлять служебными (SDUs) и протокольны-

ми (PDUs) блоками данных на MAC уровне в соответствии с различными требованиями к качеству услуг QoS. Механизм временной при-оритизации данных однозначно определяет механизм сети WiMAX, используемый для того, чтобы распределить возможности сети для передачи данных в UL и в DL для PDUs. В сетях WiMAX определены 5 классов услуг, определяющих уровни временных приоритетов данных [7].

1. Класс услуг передачи данных с постоянной скоростью (Unsolicited Grant Service — UGS) разработан для поддержки передачи потоков данных в реальном масштабе времени, которые на периодической основе генерируют пакеты данных фиксированной длины, такие как T1/E1 и VoIP. Услуга UGS предлагает трафик фиксированного размера на основе периодической передачи данных в реальном времени и не нужна абонентской станции для точного запроса требуемой пропускной способности канала связи, таким образом, исключаются наложения и задержки пакетов, возникающие при запросе требуемой пропускной способности.

2. Класс услуг передачи данных в реальном времени с опросом на передачу (The real-time polling services (rtPS)) разработан для поддержки передачи потоков данных в реальном масштабе времени, которые на периодической основе генерируют пакеты видеоданных MPEG (Motion Pictures Experts Group). При использовании этого класса услуг базовые станции сети предоставляют возможность однонаправленной передачи данных с опросом мобильной станции о требуемой пропускной способности (ширине полосы канала). Возможностей однонаправленной передачи данных с опросом обычно достаточно чтобы гарантировать удовлетворение требований к задержке пакетов для передачи потоков данных в реальном масштабе времени. Этот вид услуг предполагает больше требуемых издержек нежели класс услуг передачи данных с постоянной скоростью UGS и является более эффективным для услуг с изменяемой величиной пакетов или имеющих рабочий цикл менее чем 100%.

3. Класс услуг передачи данных без поддержки реального масштаба времени с опросом на передачу (The non-real-time polling services (nrtPS)) близок к классу услуг rtPS за исключением того, что абонентская станция может также использовать однонаправленный опрос только в линии вверх UL для запроса требуемой пропускной способности. В классе услуг nrtPS является допустимым возможность однонаправленной передачи данных с опросом, однако, средняя продолжительность между двумя такими передачами составляет несколько секунд, что несравнимо больше чем для услуг класса rtPS. Все абонентские станции, принадлежащие

к одной группе абонентов, могут также запрашивать ресурсы сети в течении однонаправленной передачи данных с опросом в результате чего могут возникать конфликтные ситуации, приводящие к дополнительным запросам.

4. Класс услуг передачи данных без гарантий требуемого качества (“по возможности" — the best-effort service (BE)) предоставляет очень слабую поддержку QoS и пригоден только для услуг, которые не имеют очень жестких требований к QoS, как например обычный трафик Интернет. Данные будут переданы тогда, когда будут доступны ресурсы для их передачи и не потребуется определять класс приоритета. Абонентская станция может запросить возможность однонаправленной передачи данных с опросом для требуемой пропускной способности.

5. Расширенный класс услуг передачи данных в реальном времени с опросом на передачу (the extended real-time polling service (ertPS)) представляет новый класс временной приори-тизации данных, определенный только в стандарте IEEE 802.16e standard и построенный на повышении эффективности UGS и rtPS. Расширенный класс услуг ertPS разработан для поддержки трафика VoIR В этом случае распределенные каналы линии "вверх" UL периодически предоставляется для использования только определенным абонентским станциям и могут быть использованы либо для передачи данных, либо для запроса дополнительной пропускной способности канала. Это свойство позволяет услугам класса ertPS приспосабливать передаваемые потоки данных у которых изменяются во времени требования к пропускной способности. Заметим, что в случае использования класса услуг UGS, в отличии от услуг класса ertPS, абонентским станциям разрешено запрашивать дополнительную пропускную способность в течении распределения каналов в линии, но только для соединений не входящих в класс услуг UGS.

Параметры качества функционирования для управления QoS

Для управления качеством в современных сетях связи используются два пересекающихся множества: параметры качества функционирования сети (Network Perfomances) и параметры качества услуг (Quality of Service). Для управления QoS в сети WiMAX используется так называемый служебный поток данных (Service Flow).

Служебный поток данных в сети WiMAX является транспортной службой MAC уровня предоставляемой для передачи трафика в линии "вверх" (UL) и в линии "вниз" (DL) и является ключевым в элементах архитектуры сети WiMAX, поддерживающих QoS. Каждому слу-

жебному потоку данных соответствует свой уникальный набор параметров NP и QoS, таких как задержка пакетов, стабильность задержки пакетов и относительное число ошибочно принятых пакетов, которые определяют сетевые возможности и затраты ресурсов.

Требования к параметрам качества функционирования для различных классов услуг в сети WiMAX приведены в табл.1 и они являются определяющими для параметров QoS.

В соответствии с общей практикой, услуги с сильно различающимися требованиями к качеству, такие как VoIP, Web browsing, e-mail, и интерактивные игры, обычно связаны с различающимися классами служебных потоков данных, как показано в табл. 2 [6,8].

Служебный поток данных состоит из элементов — идентификаторов, приведенных в табл 3. Различные виды служебных потоков данных, создаваемые в сети WiMAX и показанные в табл.4, обычно группируются в классы, а каждый из них устанавливает собственные уникальные требования к качеству услуг. Эта концепция деления служебных потоков данных на классы позволяет функциональным элементам сети высокого уровня, как в абонентских, так и в базовых станциях запрашивать совместимые требования к параметрам. В стандарте WiMAX нет детальной спецификации того, что представляет каждый класс служебных потоков данных (услуг), этот вопрос оставлен на решение производителей оборудования и операторов сетей. Общая концепция служебных потоков данных и их классификации является гибкой и важной и позволяет операторам сетей WiMAX осуществлять управление и контроль по многим степеням свободы с целью управления качеством услуг для всех приложений в сетях WiMAX.

Использование параметров QoS элементами архитектуры сети

Фрагмент архитектуры сети WiMAX, обеспечивающий QoS, был разработан в рабочих группах WiMAX Форума, положившим в основу этого решения — решения стандарта DOCSIS для кабельных модемов[6], расширившим QoS — модель в версии IEEE 802.16e. Это расширение состояло во введении различных, связанных с QoS функциональных элементов WiMAX-сети и механизмов для обеспечения и управления различными служебными потоками данных и соответствующими стратегиями и правилами.

Фрагмент архитектуры сети WiMAX, поддерживающий QoS, позволяет одновременное использование для IP-служб сети таких функций, как дифференцирование уровней QoS для пользователя и формирование служебного по-

тока данных, контроль доступа, и управление пропускной способностью сети. Кроме того, этот фрагмент сети WiMAX запускает механизмы стандарта IETF для принятия решений, согласованных со стратегией управления и принудительного взаимодействия между операторами.

Архитектура сети WiMAX, показанная на рис. 4 поддерживает QoS и взаимодействие программ-функций управления, обеспечивает динамическое создание, доступ, активацию, модификацию и удаление служебных потоков данных. Элементы архитектуры сети WiMAX поддерживают статическое и динамическое

Таблица 1

QoS при помощи служебных потоков данных, хотя технические спецификации Release 1 поддерживают только статическое качество услуг в сети. В статическом случае абонентский терминал (станция) не может изменять параметры обслуживающих служебных потоков данных или динамически создавать новые. Создание динамических служебных потоков данных осуществляется в виде трехшаговой процедуры.

Шаг 1. В плоскости управления сети каждому абоненту предоставляются разрешенные для использования служебных потоков данных и соответствующие QoS-параметры.

Таблица 2

Параметры QoS для различных классов приоритета трафика в сети WiMAX

Вил услуг (потока графика) Услуга с постоянной скоростью передачи (UGS) Параметры, определяющие QoS Максимальная поддерживаемая скорость передачи пакетов Допустимая максимальная задержка пакетов Стабильность задержки пакетов Пример услуг Voice over IP (VoIP) без подавления пауз

Услуга в режиме реального времени с опросом на передачу (rtPS) Минимальная резервируемая скорость передачи пакетов Максимальная поддерживаемая скорость передачи пакетов Допустимая максимальная задержка пакетов Уровень приоритета трафика Потоковое аудио и видно. Передача кодирование данных MPEG (Motion Picture Experts Group)

Услуга не требующая режима реального времени с Опросом на передачу (nrtPS) Минимальная резервируемая скорость передачи пакетов Максимальная поддерживаемая скорость передачи пакетов Уровень приоритета трафика Передача данных FTP

Услуга без гарантии качества (BE) Максимальная поддерживаемая скорость передачи пакетов Уровень приоритета трафика Web поиск, передача данных

Услуга расширенного режиме реального времени с опросом на передачу (ErtPS) Минимальная резервируемая скорость передачи пакетов Максимальная поддерживаемая скорость передачи пакетов Допустимая максимальная задержка пакетов Стабильность задержки пакетов Уровень приоритета трафика VoIP с подавлением пауз

Таблица 3

Л Название элементов служебного потока Описание элементов служебного потока данных

1 Идентификатор служебного потока данных (Service flow ID - SFID) Идентификатор принципиальный для служебного потока данных формируемого в сети. Служебный поток данных имеет по меньшей мере SFID для соответствующей линии связи.

2 Идентификатор логического соединения (Connection ID - CID) Определяется для SFID и существует только тогда, когда выполненное соединение уже имеет допустимый служебный поток или действующий служебный поток данных.

3 Параметр предоставленного QoS (Provisioned OoS parameter set). Этот параметр устанавливается средствами за пределами сети охватываемой стандартом IEEE 802.16, например системой управления ceTbio(NMS).

4 Параметр допустимого QoS (AdmittedQoSparamSett Устанавливает параметры, по которым БС, а также АС резервирует ресурсы сети. Важнейшим резервируемым ресурсом является пропускная способность канала. Этот параметр включает дополнительную память или ресурс, изменяемый во времени и требующий впоследствии активации потока данных.

5 Параметр действующего QoS <ActiveQoSParamSet) Устанавливаемые параметры QoS определяют услугу действительно предоставляемую служебным потоком данных. Только активированный служебный поток данных может передвигать вперед потоки данных.

6 Модуль авторизации Логическая функция, реализованная внутри БС, которая вносит и отменяет все изменения в заданные QoS параметры и осуществляет классификацию в соответствии с данными служебного потока данных. По существу она определяет набор параметров которые ограничивают значения параметров AdmittedQoSParamSet и ActiveQoSParamSet.

Таблица 4

М Виды служебного потока данных Описание элементов служебного потока данных

1 Обеспеченный Это служебный поток данных известный как обеспеченный параметры качества в котором установлены из вне за счет, например, системы управления сетью. Поэтому его параметры AdmittedQoSParamSel и ActiveQoSParamSet оба имеют нулевые значения.

2 Допустимый Этот служебный поток данных имеет для управления ресурсы зарезервированные БС в соответствии с значениями параметров AdmittedQoSParamSet, но они не являются активными или действующими. Другими словами механизм управления QoS является допустимым или сигнализирующим о допустимости служебных потоков данных.

3 Действующий. Этот служебный поток данных имеет для управления ресурсы, введенные в действие БС в соответствии с параметрами ActiveQoSParamSet, которые как следствие имеют не нулевое значение.

Рис. 4 Взаимодействие между функциями управления QoS

Шаг 2.Формируется запрос на подготовку служебного потока данных со стороны абонентской или базовой станции на основе оценки предоставленной информации и, если это допустимо, то служебный поток данных создан.

Шаг З.Если служебный поток данных создан и базируется на доступном сети ресурсе, то он будет опознан и допущен базовой станцией для управления. В случае если служебный поток данных допущен БС для управления, то он становиться активным, только после того как ему будут предоставлены ресурсы сети.

Однако в части Release 1 создание динамического служебного потока данных не предусматривается и возможно будет включено в Release 1.5. Важнейшими функциями фрагментов архитектуры, поддерживающей QoS сети WiMAX,являются следующие:

Программа стратегии управления сети (Policy function — PF) и база данных расположены в домашней NSP Программа PF содержит общие и прикладные правила и стратегии управления в сети оператора-провайдера услуг (NSP). База данных PF в соответствии с имеющимися опциями через AAA сервер снабжается данными о профилях QoS пользователей и выбранными стратегиями управления. Программа стратегии управления сети PF отвечает за оценку запрашиваемой услуги и соответствие полученному запросу. Запросы на услуги могут приходить из программы функции авторизации служебного потока данных (SFA) и программы функции приложений (AF), и зависеть от того, каким образом сформирован и инициирован служебный поток данных.

AAA-сервер обеспечивает "три А". Профили качества услуг, определяемые для каждого пользователя, и соответствующие решающие правила хранятся на AAA-сервере сети. Информация о профиле качества услуг конкретного пользователя загружается в программу-функцию авторизации служебного потока данных (SFA) при доступе в сеть как процедуры аутентификации и авторизации. Программа-функция SFA затем оценивает запросы на услуги, в то время как идет загрузка профиля пользователя, определяющего управление сетью. В это время, AAA-сервер может поставлять в программу PF информацию о QoS абонента и программа PF в своей домашней сети определяет каким образом управляются входящие потоки служебных данных.

Функция управления служебным потоком ррнньх (SFM) является логическим элементом базовой станции сети, отвечающим за создание, доступ, активацию, изменение и удаление служебных потоков данных в версии 802.16e.

Функция SFM управляет информацией о локальных ресурсах и выполняет роль функции контроля доступа (AC), которая вырабатывает решение о возможности принятия нового слу-

жебного потока данных в сеть WiMAX.

Функция авторизации служебного потока данньк^А) является логическим элементом в сети доступа ASN. QoS — профиль пользователя может быть загружен в программу SFA во время входа в сеть. После этого программа оценивает поступивший запрос на входящую услугу и реальный QoS-профиль пользователя и принимается решение об использовании служебного потока данных. Если QoS-профиль пользователя не загружен в программу SFA, запрос на формирование служебного потока данных возвращается в программу стратегии управления сетью PF для принятия решения. Для каждой абонентской станции сети назначается своя функция SFA, как якорная функция для данной сессии и которая отвечает за взаимодействие с программой стратегии управления сетью. Дополнительные программы-функции SFA могут существовать у провайдера сети доступ (NAP) для того, чтобы соединять связанные с QoS элементы и применяемую в абонентских станциях стратегию обеспечения QoS. Функции SFA, которые напрямую связаны с программой-функцией управления служебным потоком данных SFM, называются обслуживающими SFA. Они могут функционировать на уровне применяемой стратегии сети доступа к услугам сети доступа ASN, использующей программу-функцию локальной стратегии (LPF) и соответствующую базу данных. Функция LPF может быть также использована для локального контроля доступа.

Функция приложений (AF) является элементом сети, который может начать создание служебного потока данных от лица пользователя. Например: Эта программа — функция AF может быть SIP proxy клиентом.

Заключение

Планируемое массовое внедрение технологии IEEE 802.16(WiMAX) при создании сетей беспроводного широкополосного доступа БШД, а также возможности конвергенции сетей и услуг WiMAX и 3G требуют определения параметров качества для услуг, предоставляемых в этих сетях связи с целью их последующего мониторинга и бенчмаркинга.

Появление новых видов услуг для сетей WiMAX на основе пакетной передачи данных и возросшие требования к качеству их предоставления, со стороны корпоративных абонентов и инвесторов, являются необходимым условием для разработки российских требований к качеству услуг в сетях WiMAX, которые учитывали бы требования не только стандартов IEEE 802.16а и европейских стандартов ETSI. Сегодня становятся актуальными исследования и поиск путей гармонизации требований к качеству услуг в сетях WiMAX и 3G/ UMTS.

Рассмотренные в статье параметры услуг в сетях WiMAX могут быть использованы при разработке российских требований к качеству услуг в этих сетях, а также при проведения технического аудита и добровольной сертифика-

ции в национальной системе "Связь-качество".

Литература

1. Тихвинский В. О., Терентьев С.В. Инновационный анализ технологий беспроводного широкополосного доступа/Журнал 'Телеком /Сети и средства связи"- Специальный выпуск "Сети доступа", №12007, с. 86-93.

2. Тихвинский В. О., Терентьев СВ. Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS. — М.: Эко-Трендз , 2007, — 400 с.: ил.

3. 802.16-2004 IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 16, Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems " June 24, 2004,219-217.

4. ETSI TS 102250-1. Speech Processing, Transmission and Quality Aspects (STQ); QoS aspects for popular services in GSM and 3G networks; Part 1: Identification of Quality of Service aspects.

5. ETSI TS 102250-2. Speech Processing, Transmission and Quality Aspects (STQ); QoS aspects for popular services in GSM and 3G networks; Part 2: Definition of Quality of Service parameters and their computation.

6. Andrews, Jeffrey G. Fundamentals of WiMAX : understanding broadband wireless networking / Jeffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh, RiasMuhamed./ Boston, Prentice Hall, 2007.

7. Doc. IEEE C802.16d04/61. Scheduling Services for 802.16.

8. Чегринец ВА. Wi-Fi, WiMAX — реалии эффективного QoS./ Материалы международной конференции " Wireless Broadband 2007", 2007,

Рецензия на книгу В.О. Тихвинского и С.В. Терентьева "Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS"

В.О. Тихвинский, С.В. Терентьев

УПРАВЛЕНИЕ И КАЧЕСТВО УСЛУГ

в СЕТЯХ GPRS/UMTS

Публикуемая в издательстве "Эко-Трендз" книга является монографическим исследованием вопросов управления и качества услуг в сетях подвижной связи нового поколения, изложенным в простой и методически законченной форме пригодной не

только для обучения студентов и аспирантов телекоммуникационных университетов страны, но для развития нового научного направления — обеспечения качества услуг подвижной связи.

Книга открывается глубоким анализом состояния и тенденций развития технологий мобильной связи различных поколений, выполненного с учетом роли международных организаций стандартизации в области связи в формировании требований к качеству мобильной связи. Методически грамотно изложены основные принципы построения сетей мобильной связи GPRS/UMTS. Проанализированы европейские модели определения параметров качества услуг и взаимодействия операторов связи и пользователей. Представлены основные подходы к выбору параметров качества и их расчету для различных видов услуг мобильной связи (SMS, MMS, IPTV, PoC и др.). Изложен, разработанный авторами, новый методический аппарат для расчета доступности и качества услуг в сетях операторов GSM. Рассмотрено измерительное оборудование, используемое для оценки качества услуг, и показаны особенности построения аппаратно-программного комплекса "Корунд". Авторы изложили результаты исследова-

ний вопросов оптимизации по параметрам качества функционирования сетей и параметрам качества предоставления услуг в ходе коммерческой эксплуатации. Представлена маркетинговая модель поведения абонентов сети мобильной связи при разном уровне качества услуг, на основе которой оценено изменение доходов и конкурентоспособности оператора. Авторами показана роль правового и технического регулирования качества услуг связи на рынке новых услуг связи.

Кроме того, книга Тихвинского В.О. и Терентьева

С. В. "Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS" соответствует требованиям, предъявляемым к УМО по образованию области телекоммуникаций к учебным пособиям для студентов, обучающихся по специальностям 210402 — "Средства связи с подвижными объектами — направление телекоммуникации" и может быть использована как учебное пособие.

Чл. Корр. РАН, д.т.н, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, Лауреат Государственной премии РФ, Профессор кафедры телевидения МТУСИ,

Зубарев Ю.Б.