Исследование качества функционирования сетей NGN/IMS при установлении мультимедийной сессии

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

СЕТЕЙ NGN/IMS ПРИ УСТАНОВЛЕНИИ

МУЛЬТИМЕДИЙНОЙ СЕССИИ

Ибрагимов Б.Г.,

Азербайджанский Технический Университет, i. *****@***ru

Исследованы характеристики качества функционирования сетей NGN/IMS при установлении мультимедийной сессии и предложена математическая модель звена систем сигнализации с учетом свойств самоподобия сигнального трафика.

Ключевые слова: сети NGN/IMS, сигнальный трафик, протокол SIP, самоподобный трафик, среднее время обслуживания пакета, мультимедийные услуги.

Введение

Бурное развитие мультисервисных сетей связи с использованием архитектурной концепции NGN (Next Generation Network) требует создания адекватной математической модели качества функционирования систем сигнализации на базе подсистемы мультимедийной связи IMS (IP Multimedia Subsystem), которые представляют собой узлы коммутации сетей NGN/IMS при установлении соединения и оказании мультимедийной связи. Здесь под мультимедийной связью подразумеваются организация телефонных соединений, видеоконференции, передача мультимедийной информации, а также услуги Triple Plаy, включающие голосовые услуги, доступ в Интернет и просмотр телевизионных программ [1].

Мультисервисная сеть NGN/IMS, построенная по архитектуре IMS, состоит из различных модулей и является распределенной структурой управления сеансами связи, использующими системы и протоколы сигнализации – SIP (Session Initiation Protocol) и Diameter, сервер домашних абонентов HSS (Home Subscriber Server), транспортные шлюзы (МGW) и ядра системы управления CSCF (Call/Session Control Function), сигнальные шлюзы (SGW), которые обслуживают служебный и полезный трафики, передаваемые в процессе предоставления мультимедийных услуг связи. Протоколы SIP и Diameter являются основными протоколами установления мультимедийной связи в сетях NGN/IMS, обеспечивающими процедуру обмена сигнальными трафиками для установления мультимедийной сессии.

На основе системно-технического анализа определено [2, 3], что передаваемые по сети NGN/IMS трафики системы и протоколы сигнализации обладают свойствами самоподобия с коэффициентом Херста.

В данной работе рассматривается решение такой задачи, как исследование и анализ показателей качества функционирования систем сигнализации сетей NGN/IMS с учетом свойств самоподобия сигнального трафика.

Построение и описание математической модели процедуры

установления мультимедийной сессии

Проведенные исследования показывают, что рассматриваемая система сигнализации сетей NGN/IMS представляет собой систему массового обслуживания (СМО) типа c некоторыми допущениями. С целью анализа функций взаимодействия управления трафиками протоколов SIP и Diameter в системе сигнализации при установлении сессии, построена и исследована математическая модель, описывающая качества функционирования сетей NGN/IMS с учетом свойств самоподобия сигнального трафика. В этом случае исследуемая модель представляет собой СМО типа с двумя возможными скоростями обслуживания пакетов сигнального трафика.

Входящий поток заявок в систему – стационарный пуассоновский с параметром , длительность обслуживания го трафика имеет функцию распределенияс моментами ,. Предполагаем, что в сетях NGN/IMS число мест для ожидания ограничено Nбн при критической загрузке, . При этом загрузка сетей NGN/IMS для установления мультимедийной сессии выражается как

, (1)

где скорости поступления трафиков протоколов SIP и Diameter, соответственно; скорость обслуживания го трафика, .

Из выражения (1) следует, что условие является необходимым и достаточным для существования стационарного режима системы сигнализации сетей NGN/IMS.

В такой модели исследуемая в процессе занятости подсистема IMS с некоторыми допущениями описывается одномерным марковским процессом состояния системы, который задается параметром . Марковские случайные процессы играют важную роль при исследовании СМО [2]. Случайный процесс r(t), описывающий функционирование СМО типа , задается компонентами

, , (2)

где число функциональных элементов в подсистеме IMS, занятых обслуживанием трафиков мультимедийных услуг, регистрацией и установлением сессии в момент времени ; число пакетов трафика в подсистеме IMS в момент времени ; состояние обслуживающей подсистемы IMS в момент времени .

С учетом (1) и (2), вычислив стационарное распределение вероятностей состояний системы в произвольный момент времени, можем определить некоторые вероятностно-временные характеристики (ВВХ) сетей NGN/IMS.

Анализ характеристик сетей NGN/IMS с учетом свойств

самоподобия сигнального трафика

Установлено [3, 4], что передаваемые трафики системы и протоколы сигнализации сетей NGN/IMS обладают свойствами самоподобия с коэффициентом Херста , которые позволяют использовать общий тип СМО для исследования процессов качества функционирования сетей NGN/IMS.

На основании метода диффузионной аппроксимации [4] коэффициент загрузки системы при обслуживании самоподобного трафика сетей NGN/IMS выражается следующим образом:

, (3)

где максимальная пропускная способность сетей NGN/IMS при передаче пакета –го сигнального трафика;параметр процесса обслуживания пакета сигнального трафика;– функция, учитывающая свойство самоподобия поступающих пакетов сигнального трафика протокола сетей NGN/IMS, при этом [2].

Оценка вероятностно-временных характеристик сетей NGN/ IMS

Учитывая формулы Литтла, среднее время задержки при передаче пакетов сигнального трафика определяется следующим выражением:

(4)

Выражения (4), (5) и (8), (9) определяют вероятностно-временные характеристики сетей NGN/IMS и является их показателем QoS (Quality of Service).

Одной из ключевых характеристик сетей NGN при обслуживании пакетов трафика протокола сигнализации является коэффициент эффективного использования канального ресурса узлов коммутации NGN/IMS:

, (5)

здесь параметр определяет вероятность наличия пакетов сигнального трафика в сетях NGN/IMS и отражает полезную занятость системы сигнализации; длительность цикла работы системы сигнализации. Последняя процедура является необходимой операцией для оказания мультимедийных услуг пользователям в сетях NGN/IMS.

Выражение (7) характеризует эффективное использование переменной пропускной способности сетей NGN/IMS при установлении соединения и оказании мультимедийных услуг.

Выводы

В результате исследования была предложена математическая модель системы сигнализации сетей NGN/IMS, на основе которой получены аналитические выражения, позволяющие оценить показатели качества функционирования СМО с учетом свойств самоподобия сигнального трафика при установлении соединения и оказании мультимедийных услуг.

Литература

1. Построение мультисервисных сетей Ethernet. CПб.: БХВ-Петербург, 2007. – 592с.

2. , Модель локального механизма контроля перегрузок SIP-сервера // T-Comm: Телекоммуникации и Транспорт. № 7, 2012.– с.185-187.

3. , Исследование и анализ показателей качества функционирования систем сигнализации//Всероссийская конференция с международным участием «Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем», Российский Университет Дружбы Народов, Москва. 2015. – с.21 – 23.

4. , Исследование и анализ эффективности передачи мультимедийного трафика в сети NGN/IMS // T-Comm, Телекоммуникации и транспорт, Том 9. № 12. Москва.-2015.– с.27-31.

RESEARCH OF THE QUALITY FUNCTIONING

OF THE NGN/IMS NETWORKS IN ESTABLISHING A MULTIMEDIA SESSION

Ibrahimov B. G., Hasanov A. H.

Azerbaijan Technical University, Baku, i. *****@***ru

Institute of Control Systems of the Azerbaijan National Academy of Sciences

The investigated characteristics of quality functioning NGN/IMS networks in establishing a multimedia session and the mathematical model-level signaling systems, taking into account the properties self-similar traffic signal.

Key words: network NGN/IMS, signaling traffic, protocol SIP, average service time package, multimedia services, link signaling systems, self-similar traffic.