Етапи модернізації існуючих мережзагального користування та розрахунок часових затримокповідомлень в інтелектуальній надбудові
1. Етапи модернізаціїіснуючих мереж загального користування
Для реалізації IN на базі ТМЗКУкраїни крім суто технічних питань, пов'язаних з технологією надання послуг,необхідно проробити низку системних і організаційно-технічних питань,безпосередньо пов'язаних з особливостями існуючої мережі зв'язку. Аналізсвітового досвіду показує, що через велику вартість програмно-апаратнихзасобів, потрібних для побудови платформи, і через невизначеність попиту напослуги IN її впровадження навіть у мережах великих операторів починається зуведення функцій SSP в одній-двох комутаційних станціях. Крім того, обмеження,обумовлені наявністю в мережах комутаційного обладнання координатних тадекадно-крокових систем, призводять до того, що на першому етапі реалізаціїінтелектуальної мережі економічно доцільним і технічно можливим виявляєтьсявведення обмеженого набору послуг, доступних будь-якому абоненту мережі, в якувводиться платформа IN.
Модернізація ТМЗК включає кілька етапіввпровадження засобів IN: попередній (перший) етап, етапи створення тарозширення дослідної зони IN, етап розгортання засобів IN у контексті створенняінформаційної інфраструктури країни.
Нині відбувається інтенсивназаміна морально та фізично застарілого аналогового комутаційного обладнання насучасне цифрове, починається впровадження СКС. Насамперед цей процес стосуєтьсяміжміської частини ТМЗК. В умовах наявності цифрової міжміської мережі івідсутності мережі СКС платформу IN доцільно реалізовувати на базі інтегрованихвузлів SSCP і SN, які забезпечать підтримку основних функціональних можливостейIN.
Напершому етапі SSCP і SNрозміщуватимуться на цифрових АМТС, що забезпечить надання послуг IN абонентамусіх місцевих мереж даної міжміської зони. Уцьому випадку вся IN подається на фізичній площині одним вузлом. Невиключається також можливість реалізації на даному етапі окремих IN місцевогорівня, реалізованих на базі цифрових вузлів або комбінованих станцій.
На етапі створення дослідної зониIN відбувається створеннянових вузлів SSCP і SN на взаємодіючих АМТС із підключенням їх до існуючої, атакож створення розділених вузлів SSP і SCP.Обмін повідомленнями між цими вузлами та введеним раніше вузлом SSCP (SN)здійснюється через мережу СКС №7. Реалізація дослідної зони IN дозволяє більшрівномірно розподілити у мережі навантаження, яке створюється викликами послугIN, і забезпечує можливість надання послуг більшій кількості користувачів(пропорційно кількості SSP, що вводяться).
Третійетап розгортання засобів IN передбачає заміну всіханалогових комутаційних станцій (РАТС) ТМЗК на цифрові станції з функціями SSP.Таким чином, уміру цифровізації ТМЗК і розвитку мережі СКС функції комутації послуг INміжміського і зонового рівнів переміщатимуться убік вузлів внутрішньозонових імісцевих мереж (ВВВС, РАТС), що забезпечить замикання все більшої частининавантаження, створюваного запитами на послуги IN, на місцевому рівні. Залежно від попиту на послуги на даному етапіможе знадобитися розширення ресурсів IN шляхом введення додаткових вузлів SCP іSDP із розподілом навантаження між ними.
Порівняльну характеристику етапів істратегій впровадження наведено в табл. 1.
Розглянемо варіант, колиадміністрація мережі вибрала як спосіб доступу до платформи IN доступ черезВСС. У цьому варіанті побудова інтелектуальної мережі починається із введенняфункцій комутації послуг SSF і функцій інтелектуальної периферії IP укомутаційні системи, що є частиною комплексу обладнання цифрового ВСС, дооснащеногопрограмно-апаратними засобами організації вихідного місцевого, міжміського таміжнародного зв'язку. Для доступу до IN використовуються ресурси плану номерівмережі скороченої нумерації. Планована структура номера при звертанні до послугIN має такий вигляд: 0-80- Х1, Х2… Хn, де 80 – цифри, які виділено з ємності вузласпецслужб для доступу до IN.
Взаємодія між SSP/IP і SCP відбувається по протоколу INAP, а між BCC/SSP і транзитним вузлом – по протоколу ISUP системи сигналізації СКС №7. Нарис. 1–2 наведено схеми проходження викликів від прикінцевих районних АТСрізних типів до BCC/SSP з урахуванням структури телефонноїмережі та визначеної нумерації послуг. Рис. 2 пояснює технічні аспектипроходження номерної інформації від абонента до вузла комутації послуг. Окремопоказано цифри, що аналізуються кожним вузлом, і цифри, що передаються міжними.
Таблиця 1 – Порівняльний аналізетапів впровадження INПереваги Недоліки Послуги 1. SSP на верхньому рівні (ВСС) Найбільш економічний спосіб, що дозволяє побудувати IN при мінімальних інвестиціях. Для надання послуг не потрібно змін в існуючій мережі. Швидке введення в експлуатацію Не всі послуги та атрибути можуть бути використані. Все навантаження сконцентровано у ВСС
FPH,
PRM,
VOT,
АСС/ССС/ААВ II. SSP на транзитному рівні (ОПТС) Часткове усунення можливого перевантаження напрямків між ОПТС і ВСС/SSP Залишається можливість перевантаження на ділянці РАТС-ОПТС/SSP Ті самі III. SSP на локальному рівні (прикінцеві АТС) Абонентам ATC/SSP доступні всі послуги та атрибути. Відсутність перевантаження напрямків убік SSР Високі витрати
Весь спектр
послуг CS-1
Після завершення початкового етапурозвитку IN, що характеризується наявністю функцій SSP тільки у ВСС, ідуть іншіетапи. На другому етапі, зі зростанням трафіка IN, доцільно ввести функції SSPу транзитні вузли, що дасть можливість розподілити цей трафік між ВСС/SSP ідекількома ОПТС/SSP.
/>
Рисунок 1 – Доступ до IN від АТС різних типів
Третій етап розвитку IN припускаєоснащення функціями SSP цифрових прикінцевих АТС, що дасть можливістьмаксимально розширити перелік послуг IN, які надаються абонентам цих АТС. Доцього етапу оператор переходить поступово, оснащуючи функціями SSP нові АТСмережі в міру повернення початкових інвестицій.
На рис. 2 показано схемуорганізації доступу до IN за наявності функцій SSP на рівні прикінцевих АТС ірозвиненої мережі СКС №7. Взаємодія між опорними АТС електромеханічних систем ітранзитним вузлом відбувається по прямих пучках СЛ із використанням лінійноїсигналізації 2ВСК. Щодо електронних опорних АТС, то вони приймають всі цифриномера, необхідні для звернення до послуги IN, і транслюють їх у транзитний вузол.
/>
Рисунок 2. – Розвиток мережі IN
Транзитний вузол одразу жпісля фіксації перших двох цифр робить аналіз номера на предмет розпізнаваннявикликів, спрямованих до платформи IN ВСС/SSР. Якщо виклик спрямовано до IN,транзитний вузол надсилає абонентам електромеханічних АТС акустичний сигналзапрошення до подальшого набору, фіксує всі цифри (змінна кількість) і передаєїх до ВСС/SSP по протоколу ISUP СКС №7.
Четвертий етап розгортання IN вимагає реалізації взаємодії між декількома INрегіонального рівня та різних мереж, зокрема, між базами даних мереж, щообслуговують стаціонарних і рухомих абонентів. Цей етап необхідно скоординуватиз етапами створення інформаційної інфраструктури країни.
Способи взаємодії IN, щоналежать різним операторам і мають власні внутрішньозонові коди «аb», з базовою ТМЗК, а також міжсобою, ілюструє рис. 3. Мережі IN надають послугу безкоштовного виклику(FPH), при цьому маршрутизація викликів до платформ різних операторів маєздійснюватися згідно з першими шістьма цифрами логічного номера абонентапослуги (800ххх).
/>
Рисунок 3 – Приклад спільного використання вузлів базовоїТМЗК платформами IN різнихоператорів
На четвертому етапі можливідва основних сценарії технологічної взаємодії вузлів платформи IN, що належатьрізним операторам:
- взаємодіяSSP платформи одного оператора з SCP платформи іншого оператора;
- взаємодіяміж SCP і SDP, а також між SCP різних платформ.
Необхідність взаємодіїпершого типу виникає, коли для підключення платформи IN до базової ТМЗКвикористовується внутрішня функція взаємодії. У цьому випадку вузол базовоїкомутованої мережі, що реалізує функції SSP і належить одному оператору, можездійснювати взаємодію з одним або декількома SCP, що належать іншим операторамIN. При цьому SSP повинен підтримувати прикладний протокол INAP і матиможливість звертатися до SCP різних операторів IN залежно від першихп'яти-шести цифр набраного логічного номера.
Другий сценарій взаємодіїможливий у двох випадках: коли логіка послуги та дані виявляються розподіленимиміж платформами різних операторів/постачальників послуг або коли логікапослуги, що надається одним оператором, пов'язана з логікою послуги, яку надаєінший оператор.
Оскількивзаємодії такого типу в рамках СS-1 IN на сьогодні не визначені, їхня реалізація може здійснюватися операторами IN на базі наявних уїхньому розпорядженні технічних можливостей без додаткового узгодження.
Взаємодія інших вузлівплатформ IN (SDP, SMP, SMAP і SCEP) не розглядається, оскільки вони непов'язані з вузлами базової ТМЗК, а способи їхньої реалізації та взаємодіїбезпосередньо не впливають на останню.
2 Розрахунок часових затримокповідомлень в інтелектуальній надбудові
Затримки під час надання послуг IN порівняно з традиційнимтелефонним з’єднанням зростають через необхідність обміну службовою інформацієюміж вузлами ІN.Затримки повідомлень в інтелектуальній надбудові суттєво впливають на якістьобслуговування абонентів, оскільки при цьому зростає час відгуку мережі.Оскільки відгуком мережі в даному випадку вважається як сигнал контролюпосилання виклику (при встановленні з’єднання з абонентом, якого викликають),так і програвання повідомлення автовідповідачем вузла IP
(за необхідності отримання додаткової інформації від абонента), то найбільшсуттєвою є часова затримка на ділянці SSР-SСР. Ця затримка обумовленазатримками, пов'язаними з передачею повідомлень в обох напрямках, а такожсуттєво залежить від часу обробки запиту обчислювальною системою SСР,розрахунок якого буде розглянуто далі.
Повідомленняпро запит послуг, що надходять від телефонної мережі на SSР, перш ніж будутьпередані в ланку СКС №7, аналізуються обчислювальними засобами SSР.Проаналізовані повідомлення можуть утворювати черги, які очікують звільненняканалу СКС №7 убік SСР. Після передачі повідомлень ланкою СКС №7 від SSР доSСР, перед надходженням на обробку, вони можуть також утворювати черги, щоочікують звільнення процесорів SСР. Нарешті, результати обробки запиту послугиперед їхньою передачею у зворотному напрямку з SСР в SSР можуть такожутворювати черги, що очікують звільнення ланки СКС №7.
Оскільки всі повідомлення виникають увипадкові моменти часу, процес їхньої обробки та передачі розглядається якпроцес масового обслуговування, а обчислювальні системи SSР і SСР, а такожканал СКС №7 – як системи масового обслуговування (СМО).
Інформація, щонадходить в SSР внаслідок здійснення кожної транзакції, аналізуєтьсяпроцесорною системою SSР протягом деякого середнього проміжку часу />. Так само, як і у випадкуSСР, зазначений проміжок часу містить у собі не тільки час аналізу, але також ічас очікування в чергах SSР. На відміну від SСР, затримки в чергах SSРпрактично мало залежать від інтенсивності запитів на інтелектуальні послуги,оскільки ці затримки визначаються загальним трафіком АТС, на якій реалізованіфункції SSР.
Припустимо,що транзакції, що надходять, а також СЛСО та ЗПСО утворюють найпростішіпуассонівські потоки. Насправді це не так, але прийняття експонентногорозподілу забезпечує деякий додатковий запас при розрахунках. Найпростіша модель каналу передачі даних між SSPі SCP є одноканальною СМО, у якій обробляються три потоки повідомлень:
– /> – потік СЛСО,що мають найвищий пріоритет;
– /> – потіктранзакцій, що реалізують запити на послуги IN;
– /> – потік ЗПСО,що мають найнижчий пріоритет.
Нарис. 4 показано схему обслуговування зазначених потоків заявокв одноканальній СМО.
/>
Рисунок 4 –Обслуговування заявок в одноканальній СМО
Коефіцієнт завантаження каналусигнальними одиницями СЛСО, що утворюють потік />:
/>, (2)
де /> – інтенсивність надходженняСЛСО у ланку СКС;
/> – тривалістьпередачі СЛСО, обчислювана за формулою (2).
Коефіцієнт завантаження каналусигнальними одиницями ЗНСО, що утворюють потік />:
/> , (3)
де /> – інтенсивність надходженнятранзакцій у розрахунку на одну ланку СКС №7, обчислювана за формулою (3);
/> –середня тривалість передачі групи ЗНСО, щопередаються в одному напрямку протягом однієї транзакції, обчислювана за формулою (2).
Оскільки увесь час, коли канал незайнятий передачею транзакцій і СЛСО, використовується для передачі ЗПСО,сумарний коефіцієнт завантаження каналу завжди дорівнює 1, отже, коефіцієнтзавантаження каналу сигнальними одиницями ЗПСО, що утворюють потік />:
/> . (4)
Заявки, щонадійшли в канал і очікують передачі, заносяться у відповідні черги />, />, />. У чергах заявкивпорядковані за часом їхнього надходження. Коли в каналі закінчується передачачергового повідомлення, то управління переходить до програми «Диспетчер».Програма вибирає для чергової передачі повідомлення з найвищим пріоритетом,якщо черги старших пріоритетів не містять повідомлень (тобто виявляютьсяпорожніми). Обране для передачі повідомлення захоплює канал на весь час йогопередачі. Якщо в систему надходить /> найпростішихпотоків повідомлень із інтенсивностями />,середні тривалості передачі повідомлень кожного типу дорівнюють відповідно />, а їх другі початковімоменти – відповідно />, де />, то середній часочікування /> в черзі повідомлень, щомають пріоритет />, визначаєтьсяспіввідношенням:
/>, (5)
де />;
/>;
/> –завантаження системи повідомленнями />-готипу.
/> – коефіцієнт варіації часу передачі повідомлення />-го типу.
/> –середньоквадратичне відхилення часу передачі повідомлення
/>-го типу.
У розглянутому конкретному випадкуаналізу є лише /> типи повідомлень,що передаються.
Для повідомлень потоку /> (/>):
/>, />,/>, />.
Для повідомлень потоку /> (/>):
/>, />,/>, />.
Для повідомлень, що утворюють потік /> (/>):
/>, />,/>, />,
де/> – тривалість передачі ЗПСО, обчислювана за формулою (4);
/>, />, /> – коефіцієнтиваріації часу передачі повідомлень СЛСО, транзакцій і ЗПСО відповідно.
Під час визначеннязначень коефіцієнтів варіації часу передачі повідомлень необхідно врахувати, що всі сигнальні одиниціСЛСО та ЗПСО мають практично постійну довжину, тобто />, />, а отже, />, />. Повідомленнятранзакцій мають інформаційні частини змінної довжини. Якщо припустити, що часпередачі зазначених повідомлень розподілений за експоненціальним законом, то /> і коефіцієнт варіації />.
З огляду на все сказане, час очікуванняв чергах для повідомлень кожного типу визначатиметься з таких виразів:
- середній час очікування вчерзі на передачу для СЛСО, що мають найвищий пріоритет:
/>; (6)
- середній час очікування вчерзі на передачу для повідомлень транзакцій, що мають другий пріоритет:
-
/>; (7)
- середній час очікування в черзі на передачу дляповідомлень
ЗПСО є нескінченно великим. Черга ЗПСО вважається необмеженою, оскільки />:
/> . (8)
Середнійчас передачі та очікування в чергах для однієї транзакції:
/> . (9)
Протягом кожної транзакції зазначенийчас повторюється двічі: при передачі інформації від SSP до SCP і від SCP доSSP.
Нарис. 5 показано діаграму, що пояснює послідовність часових затримок, яківиникають під час реалізації однієї транзакції на ділянці SSP-SCP.
Зазначена послідовність утворює часреалізації однієї транзакції />:
/> , (10)
де /> –час обробки запиту в SCP;
/> – часаналізу відповіді в SSP.
/>
Рисунок5 – Часові затримки під час реалізації однієї транзакції
Загалом під час реалізації запиту напослугу IN необхідно виконати /> такихтранзакцій. Отже, повний час передачі та обробки запиту на послугу ІN наділянці SSP-SCP визначатиметься співвідношенням:
/> , (11)
де /> –середня кількість транзакцій на одну послугу, з урахуванням необхідної передачістатистики, обчислювана за формулою (10).
Запити на послугу IN, що надходять уSSP із телефонної мережі, не одразу направляються в ланки СКС, що з'єднують SSPі SCP, а певний час зберігаються у вихідних регістрах SSP, очікуючи звільненняланок і створюючи черги запитів. Ланки СКС, разом із процесорними системами SCPі SSP, що обслуговують передачу, обробку та аналіз запитів, є багатоканальноюСМО із кількістю обслуговуючих приладів, що дорівнює кількості /> ланок на ділянці SSP-SCP,як це показано на рис. 6.
Середній час, необхідний дляобслуговування запиту на послугу IN одним приладом, дорівнює визначеному ранішечасу />. Коефіцієнт завантаженнябагатоканальної СМО /> визначаєтьсяспіввідношенням:
/>, (12)
де/> – сумарна інтенсивністьнадходження запитів на всі види послуг, задіяних у мережі, обчислювана за формулою (7).
Коефіцієнтзавантаження кожного з приладів у середньому визначається співвідношенням:
/>, (13)
де /> –кількість ланок СКС №7 між SSP і SCP, обчислювана за формулою (4).
/>
Рисунок 6 –Багатоканальна система обслуговування
запитів на послугу IN
Під час реалізації викликів на різніпослуги IN необхідно передавати та обробляти різну кількість транзакцій, томувеличина /> носить випадковийхарактер. Якщо припустити, що значення цієї величини розподілені заекспоненціальним законом, то />, а коефіцієнт варіації часу /> дорівнюватимеодиниці />.
Час очікування початку обслуговуваннязапиту на послугу IN у черзі визначається співвідношенням:
/>. (14)
Повний час обслуговування запиту напослугу IN з урахуванням часу очікування в чергах у вихідних регістрах SSP:
/>. (15)
Незважаючи на досить невеликезавантаження каналів СКС між SSP і SCP, через тривалість процесу передачі таобробки запитів на послугу IN у вихідних регістрах SSP можуть утворюватисязначні черги запитів, що призводить до суттєвого збільшення повного часуобслуговування запитів в інтелектуальній надбудові. Навіть незначне збільшенняінтенсивності /> надходженнязапитів на послугу IN може призвести до виникнення досить великих черг увихідних регістрах SSP і до втрати керованості всієї системи в цілому. Єдинимзасобом боротьби із зазначеним явищем є збільшення кількості ланок СКС />. Однак при цьому необхідномати досить потужні обчислювальні системи в SCP, для того, щоб збільшенняінтенсивності повідомлень, що надходять на цей вузол, не призвело до суттєвогозростання часу їхньої обробки в SCP />.