ЗАДАЧА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОГРАММНОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ АБОНЕНТСКИХ УСТРОЙСТВ SDR В КОГНИТИВНЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ
ГОУ ВПО Поволожский государственный университет телекоммуникаций и информатики
г. Самара, *****@***ru
Рассматриваются проблемы управления многофункциональными абонентскими устройствами в современных сетях связи
Ключевые слова – когнитивная сеть, управление конфигурацией, CDMB, SDR.
2. Понятие о когнитивных сетях
Понятие «когнитивный» (cognitive) [1] означает свойство средства или сети связи, выражающееся в способности автономно и динамически изменять свою топологию, корректировать эксплуатационные параметры, перераспределять сетевые ресурсы в соответствии с ранее накопленными знаниями о состоянии сети и политиках обслуживания пользователей. Когнитивные сети обеспечивают автоматическое принятие решений об изменении технических характеристик и поддерживают механизм машинного обучения для обеспечения наиболее эффективных и целесообразных решений при установлении, поддержке и завершении сеансов связи пользователей.
В целом когнитивная сеть обладает следующими свойствами:
- способность к анализу своего функционирования с учётом целей и задач, обусловленных исполняемыми функциями, характеристиками имеющегося телекоммуникационного окружения;
- может адаптировать свою структуру и режимы работы согласно имеющимся условиям, происшедшим сетевым событиям на основе определенных критериев и знаний о предыдущих состояниях;
- динамическое изменение своей топологии и/или эксплуатационных параметров в соответствии с требованиями конкретного пользователя, группы пользователей, операторов связи, если это необходимо в рамках текущей политики обслуживания и оптимизации пропускной способности сети;
- способность к самостоятельному определению необходимой конфигурации логических и физических ресурсов на основе распределенного управления сетевыми элементам;
- сеть может самостоятельно определять и идентифицировать своё текущее состояние и планировать свою работу на оперативном и тактическом уровне, принимая определенные решения в ответ на сложившуюся сетевую ситуацию.
В настоящее время происходит изучение функций и возможностей когнитивных сетей в рамках концепции когнитивных радиосистем CRS (Cognitive Radio System), предложенных ITU-R WP5A. В состав когнитивных сетей могут войти сети наземной подвижной радиосвязи стандартов 2G/3G/4G, сети беспроводного доступа WiFi, WiMAX, LTE.
Перечисленные выше свойства когнитивных сетей возможны при повсеместном использовании программного управления сетями и сетевыми элементами. Для получения услуги в когнитивных сетях связи пользователь может использовать многофункциональное абонентское устройство в виде терминала, основанного на принципе программного управления протоколами и параметрами интерфейсов радиодоступа SDR (Software Defined Radio) [2,3]. В этих устройствах существует техническая возможность выбирать различные сети связи для получения требуемой услуги. Абонентские устройства SDR имеют возможность работы в нескольких стандартах радиосвязи. В автоматическом или полуавтоматическом режиме можно выбирать определенный частотный диапазон, например 900 МГц, 1800 МГц или 2,2 ГГц, стандарт связи, например GSM/GPRS/EDGE, UMTS, WiFi, WiMax, LTE, программное приложение для получения, например, доступа к услугам передачи речи с соответствующими кодеками, в частности ITU–T G.722, G.729, G.722.2, EVRC-WB. Следует отметить что принципы SDR распространяются также на оборудование базовых станций. В перспективе применение устройств SDR будет способствовать переходу к наиболее современным телекоммуникационным стандартам, таким как LTE.
3. Управление конфигурацией в когнитивных сетях
В совокупности, согласно ETSI TR 102 838, когнитивные сети CRS и средства SDR могут рассматриваться как реконфигурируемые радиосистемы RRS (Reconfigurable Radio Systems). Поэтому в когнитивных сетях актуальным становится управление конфигурацией используемых программных средств абонентского терминала, узлов и средств связи с учётом стандарта IEEE 1900.4–2009.
Под конфигурацией в данном случае понимаются взаимосвязанные функциональные и физические характеристики телекоммуникационного ресурса, которые установлены требованиями к проектированию, верификации, эксплуатации. Телекоммуникационные ресурсы, согласно Рекомендации МСЭ-Т М.3100, по своей природе разделяются на физические и логические. К физическим ресурсам относится оборудование сетей, линий, средств и сооружений связи; к логическим ресурсам относится программное обеспечение, которое применяется в электросвязи. К логическим ресурсам также можно отнести используемое адресное пространство, систему нумерации и идентификации. Контроль и управление конфигурацией есть информационные воздействия на телекоммуникационные ресурсы для определения параметров конфигурации и целенаправленного изменения их значений.
Проведенный анализ [4] показал, что в целом управление конфигурацией включает функции контроля за изменением (уменьшением/увеличение) состава телекоммуникационной сети, определение технического состояния частей и сетевых элементов, их месторасположение. Среди функций управления, относящихся к управлению конфигурацией телекоммуникационной сети, можно выделить следующие:
- идентификация и классификация сетевых элементов;
- классификация и идентификация телекоммуникационной сети, обслуживающей сетевые элементы;
- контроль ввода в эксплуатацию и отключения сетевых элементов;
- реконфигурация сети и сетевых элементов для обслуживания пользователя с необходимым качеством;
- выделение и задействование ресурсов для функционирования сетевых элементов;
- обновление конфигурации сети после окончания обслуживания пользователя;
- формирование оптимальной конфигурации сетей и сетевых элементов.
Применительно к задаче контроля и управления конфигурацией программных средств абонентского терминала, который рассматривается как сетевой элемент, необходимо определить, какие программные средства, в том числе прикладное программное обеспечение, будут обеспечивать наиболее эффективное управление сеансом связи в выбранном частотном диапазоне и стандарте радиосвязи. Далее следует решить задачу о последовательной загрузке и запуске соответствующих программных средств с учетом технико-экономических показателей, политик качества и имеющихся сетевых ресурсов. В процессе предоставления услуги требуется контролировать сформированную программную конфигурацию абонентского терминала и своевременно реагировать на запросы пользователя или сети о следующем изменении программной конфигурации абонентского устройства SDR.
4. Особенности контроля и управление конфигурацией SDR
Модель и средства управления конфигурацией когнитивной сети должны учитывать проявления активности управляемых объектов – пользователей в части возможности выбора сети для передачи информации. Поэтому первоочередной является задача анализ конфигурации SDR с целью проверки работоспособности абонентского устройства в сети данного стандарта. Например, необходимо проанализировать временные характеристики процессов загрузки, запуска и функционирования программного обеспечения для работы в выбранной сети. В функциональной архитектуре SDR этот процесс реализуется с помощью встроенного менеджера конфигураций (configuration manager) [5], который осуществляет инсталляцию/деинсталляцию, загрузку/выгрузку программного обеспечения управления устройством, а также управление доступом и параметрами доступа к радиосетям. В более широком контексте менеджер конфигураций может рассматриваться как «интеллектуальный агент» управления. Этот агент является активным программным приложением управления, реализующим в зависимости от режима управления (полностью автоматическое или управления с участием пользователя) функции выбора сети для предоставления требуемой услуги. Конфигурирование осуществляется менеджером конфигурации динамически с адаптацией к окружающей телекоммуникационной среде.
Для объективного и систематизированного представления информации о конфигурации телекоммуникационных сетей, элементов сети и абонентских терминалов сейчас повсеместно используется технология создания конфигурационной база данных CDMB (Configuration Data Management Base). Эта база является централизованным хранилищем–репозиторием информации о составе и взаимосвязях компонентов и элементов телекоммуникационной сети, её элементов об информационно–технологической инфраструктуре оператора связи в целом. При соответствующей организации база данных, CDMB может поддерживать сведения об оптимальных программных конфигурациях различных типов абонентских терминалов для групп пользователей, что может способствовать эффективному решению задачи контроля и управления программной конфигурации абонентского устройства SDR.
Следует также учесть, что задачу выбора сети и формирование соответствующей программной конфигурации в данный момент времени решает не один, а множество пользователей. Поэтому необходимо предусмотреть возможность формирования т. н. «коалиций» пользователей, например, в рамках одной и той же категории пользователей или территории присутствия. Для анализа таких динамически формируемых «коалиций» пользователей возможно использовать методы многоагентной холонической системы [6]. Под холоном (holon) в данном случае понимается автономный кооперативный элемент, состоящий из физической и логической частей, выполняющий операции по обработке информации, изменению состава программного обеспечения устройства SDR и контролю аппаратной части SDR. С помощью холона предполагается описать функционирование менеджера конфигураций и получить общую модель «коалиций» пользователей.
5. Выводы
Задача контроля и управления конфигурацией абонентского устройства SDR в когнитивных сетях связи следующего поколения является актуальной. В дальнейшем, с помощью методов системного анализа, методов теории множеств, теории игр и теории массового обслуживания предполагается провести исследование процессов формирования динамических конфигураций программного обеспечения SDR в условиях активного выбора пользователями сетей связи для предоставления требуемой услуги.
Литература
1. Cognitive networks : towards self-aware networks / edited by Qusay H. Mahmoud – John Wiley & Sons Ltd, England. – 2007.– 383 p.
2. Bard, J., Kovarik, Vincent J. Jr. Software defined radio: the software communications architecture. – England: Jonn Wiley & Sons, Ltd. – 2007. – 373 p.
3. Burns, P. Software defined radio for 3G. (Artech House mobile communication series). – USA: Artech house, INC. – 2003.– 300 p.
4. Управление и технический учёт ресурсов в телекоммуникациях, ИРИАС.– М., 2008. – 326 c. с илл.
5. Mueck, M., Piiopponen A. and others. ETSI Reconfigurable Radio Systems: Status and Future Directions on Software Defined Radio and Cognitive Radio Standarts// IEEE Communications Magazine.– Sep. 2010.– Pp.78–86.
6. Методы и модели конфигурирования адаптивных сетей поставок на основе многоагентных коалиционных систем/Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. докт. техн. наук.– Санкт-Петербург, 2010.– 39 с.
The problem of control and configuration software management for subscriber device SDR in cognitive networks
Grebeshkov A. Y.
Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics, Samara, Russia *****@***ru
The article is devoted to the study of control and management multifunction subscriber device in the modern telecommunication networks.
Кеу words – cognitive network, configuration management, CDMB, SDR.
