Исследование и разработка способов реализации услуг интеллектуальной сети связи на телефонной сети общего пользования

Актуальность темы

В настоящее время завершается период экстенсивного развития телефонных сетей общего пользования (ТФОП), который характеризуется количественным ростом абонентской емкости и предоставлением минимального набора услуг. Для укрепления своих позиций в рыночном окружении сегодня операторы связи предлагают абонентам новые услуги и приложения, реализованные с использованием новейших достижений в области связных и информационных технологий, которые позволяют им выгодно отличаться от конкурентов.

Концепция интеллектуальной сети связи (ИСС), являющаяся объектом исследования, представляют собой одно из перспективных направлений развития телекоммуникаций. В соответствии с международными стандартами она может быть реализована на базе любой коммутируемой сети связи, открывая новую маркетинговую нишу дополнительных сетевых услуг, в максимальной степени учитывающих все более возрастающие требования пользователей к связи. За счет отделения функций коммутации, отвечающих за установление соединений в базовой сети, от аппаратно-программных средств надстройки, или платформы ИСС, реализующей логику дополнительных услуг, у операторов появляется возможность для быстрого, гибкого и экономически эффективного создания, внедрения и управления услугами, независимо от узлов коммутации базовой сети.

Предметом настоящего исследования являются услуги ИСС, предоставляемые на базе ТФОП в рамках существующих международных стандартов, относящихся к набору возможностей-1 (НВ-1). Поскольку существующие стандарты предполагают инвариантность способов разделения функций коммутации и функций, отвечающих за предоставление дополнительных услуг, возникает задача исследования и разработки способов реализации услуг ИСС, отличающихся между собой как алгоритмическими сценариями обработки вызовов, так и особенностями построения платформы ИСС, которые оказывают непосредственное влияние на показатели качества и от которых в конечном итоге зависит удовлетворенность пользователей предлагаемыми услугами.

Поскольку услуги ИСС являются дополнительными по отношению к услугам базовой сети, они не могут существовать отдельно от последних. Таким образом, необходимо исследовать их влияние на характеристики базовой ТФОП. Не менее важной и актуальной является задача разработки и создания отечественных образцов узлов платформы ИСС, реализующих первоочередные услуги НВ-1 с учетом особенностей, свойственных существующей ТФОП Российской Федерации, и позволяющих осуществить поэтапный переход от централизованной к полностью распределенной архитектуре ИСС.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка способов реализации услуг интеллектуальной сети связи и исследование вероятностно-временных характеристик (ВВХ) процессов обслуживания вызовов услуг ИСС, от которых зависит качество обслуживания вызовов, ощущаемое пользователями.

Основными задачами при этом являются: анализ особенностей концепции ИСС, отличающих ее от других сетевых технологийсистематизация способов внедрения услуг ИССанализ параметров и показателей качества обслуживания вызовов услуг ИСС и оценка приемлемости различных способов реализации услуг для пользователейисследование и сравнительный анализ алгоритмов обработки вызовов услуг ИССразработка макета аппаратно-программного комплекса, реализующего исследуемые способы обработки вызовов услуг ИСС и получение характеристик качества услуг, внедренных на опытной зоне ИСС в условиях действующей ТФОП.

Состояние проблемы. Несмотря на то, что аспекты, относящиеся к концепции ИСС, обсуждаются достаточно давно как у нас в стране, так и за рубежом, остаются пока недостаточно изученными многие системно-технические вопросы. Исследования, относящиеся к поэтапному развитию ИСС, способам взаимодействия узлов платформы.

ИСС между собой и с узлами коммутации базовой ТФОП, а также влиянию услуг ИСС на характеристики качества обслуживания вызовов базовой ТФОП и оценке степени удовлетворенности пользователей услугами ИСС, находятся в стадии начального становления.

Методы исследования. Теоретические исследования, проведенные в диссертации, основаны на применении теории сетей связи, теории вероятностей, теории телетрафика, теории массового обслуживания и экспериментального исследования характеристик качества обслуживания в реальных условиях фрагмента действующей сети связи.

Научная новизна исследований, проведенных в диссертационной работе, состоит в следующем:

1. Разработан формализованный способ описания процесса декомпозиции услуг ИСС на составляющие элементы, который в терминах теории множеств позволяет ввести и однозначно определить объекты концептуальной модели ИСС при постановке задач разработки программно-аппаратных средств, реализующих логику услуг ИСС.

2. Предложена классификация способов построения интеллектуальных сетей связи, позволяющая систематизировать технические решения, используемые при внедрении услуг ИСС, в зависимости от способов обработки вызовов услуг, особенностей взаимодействия узлов платформы ИСС с узлами базовой ТФОП, а также в зависимости от территории, охватываемой услугами. На основе классификации разработаны способы поэтапного построения распределенной ИСС федерального уровня, в результате чего выявлены организационно-технические вопросы, подлежащие первоочередному решению.

3. Разработан инженерный метод расчета среднего времени установления соединения для вызовов услуг ИСС, который с достаточной для предварительных оценок точностью позволяет определять средние значения дополнительных задержек, возникающих при обработке вызовов как с однократным, так и многократными запросами к внешним узлам платформы. С его помощью при заданных структурных и нагрузочных параметрах сети сигнализации могут быть выявлены требования к способам реализации услуг ИСС, критичным с точки зрения приемлемости внедряемых услуг для пользователей.

4. Установлена зависимость показателей качества услуг ИСС от способов реализации функции поддержки данных, которые отличаются между собой алгоритмическими особенностями обработки вызовов.

5. На примере одной из услуг НВ-1 ИСС показано, что по сравнению с традиционным способом обслуживания телефонных вызовов, реализация более сложных алгоритмов обработки вызовов с использованием возможностей ИСС позволяет увеличить долю обслуженных вызовов в 1,3 — 4 раза и избежать зависимости от способов хранения и управления данными услуги.

6. Предложены модели обслуживания вызовов услуг ИСС в виде систем массового обслуживания (СМО) с приборами фазового типа, позволяющие с задаваемой исследователем степенью точности описывать реальные процессы, происходящие в узлах платформы ИСС. С их помощью могут быть исследованы отдельные этапы реализации программ логики услуг, оказывающие влияние на вероятностно-временные характеристики обслуживания вызовов.

Практическая ценность работы. Предложенная классификация способов построения ИСС может быть непосредственно использована государственными органами, отвечающими за регулирование услуг электросвязи и надзор за осуществлением лицензий на предоставление услуг ИСС. Способы поэтапного развития ИСС, разработанные с учетом предложенной классификации, могут быть использованы операторами связи при разработке перспективных планов и проектов по внедрению услуг ИСС. Инженерный метод расчета среднего времени установления соединений для услуг ИСС с однократными и многократными обращениями к узлам платформы применим на этапе предпроектных изысканий для оценки степени приемлемости внедряемых услуг для пользователей. Исследованные в диссертации алгоритмы обработки вызовов, а также рекомендации, относящиеся к способам использования узлов интеллектуальной периферии, могут быть непосредственно реализованы как на существующих, так и планируемых ИСС операторов связи.

Разработан макет аппаратно-программного комплекса управления услугами (АПКУУ) ИСС, реализующий исследованные в диссертации алгоритмические особенности обработки вызовов, характерные для услуг, входящих в НВ-1 ИСС.

На опытной зоне, в условиях реально действующей ТФОП экспериментально установлено, что услуги ИСС, связанные с изменением параметров маршрутизации вызовов, могут оказывать положительное влияние на показатели качества базовой ТФОП, увеличивая производительную, т. е. оплачиваемую нагрузку.

Реализация результатов работы. Основные теоретические положения и практические результаты работы были внедрены на опытной зоне ИСС в г. Павловский Посад Московской области, использованы в действующих рекомендациях Международного союза электросвязи (МСЭ-Т), реализованы в исходных данных к контракту на поставку фирмой Ericsson оборудования платформы ИСС для ОАО «АСВТ», а также в находящемся в эксплуатации оборудовании узла служб, разработанном фирмой Genesys для ИСС компании МТУ-Информ.

Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами.

Вклад автора в исследование проблемы. Все результаты, представленные в работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. Основные результаты работы отражены в 25 печатных работах, 12 из которых опубликованы автором единолично.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на НТС ЦНИИС и заседаниях Координационного совета по внедрению новых технологий Госкомсвязи России (1995;1998), на Научно-практическом семинаре РНТОРЭС им. А. С. Попова «Проблемы внедрения и эксплуатации цифровых систем коммутации» (Суздаль, 1995), на LI научной сессии РНТОРЭС им. А. С. Попова, посвященной дню радио (Москва, 1996), на ежегодных научных семинарах ЦНИИС и РУДН по проблемам внедрения ИСС (Москва, 1994 -1998), а также на международных конференциях: «Современные телекоммуникационные технологии и услуги связи в России» (Москва, 1995) — «Мобильные телекоммуникации в России» (Москва, 1997) — «Перспективные технологии для российского телекоммуникационного рынка» (Москва, 1997) — «Интеллектуальные сети: Разработка стандартов и внедрение услуг» (Москва, 1999) — «Интеллектуальные сети 2000: услуги и проблемы конвергенции» (Москва, 2000).

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и содержит 126 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 18 таблиц. В списке литературы 112 наименований.

4.6. Выводы к главе 4.

1. Цели, поставленные при создании опытной зоны ИСС, были выполнены. Полученные результаты подтвердили, что разработанный АПКУУ может быть использован для предоставления услуг ИСС на существующей ТФОП Российской Федерации наряду с платформами различных типов, поставляемыми зарубежными производителями.

2. Сопоставляя результаты, полученные на опытной зоне интеллектуальной сети связи, с известными статистическими данными доли успешных вызовов на ТФОП, можно сделать вывод о том, что пользователи услуг ИСС предъявляют более высокие требования к их качеству и готовы смириться с потерей в среднем не более 30% вызовов, т. е. среднее число попыток вызовов на одно успешное соединение в ИСС составляет 1,4 против 2,5 при традиционной телефонной связи.

3. Время установления соединений для вызовов услуг ИСС на опытной зоне изменялось в пределах от 60 до 120 секунд, т. е. составило в среднем 90с. Поскольку время, задаваемое программируемым таймером АПКУУ для осуществления трех последовательных попыток установления соединений равнялось 180с, значительная часть соединений была обслужена со 2-й попытки. Таким образом, подтвердился теоретический вывод об эффективности алгоритма с переустановлением соединений для вызовов услуг ИСС.

4. Установлено, что услуги ИСС благоприятно сказываются на показателях качества базовой ТФОП, увеличивая производительную, т. е. оплачиваемую нагрузку. Доля вызовов, завершившихся неответом вызываемого абонента, для услуги UAN ИСС опытной зоны оказалась в среднем в 6 раз, а для услуги PN в 2,5 раза меньше, чем при традиционной телефонной связи. Доля потерянных вызовов из-за занятости сетевых ресурсов или терминала вызываемого абонента оказалась соответственно меньше в 2,6 раза и в 3,5 раза. При этом, однако, критическим параметром становится время установления соединения.

5. При реализации услуг ИСС с алгоритмически сложной обработкой вызовов наблюдается увеличение времени установления соединений, являющееся причиной возрастания доли вызовов услуг, завершившихся отбоем до разговора. Во избежание этого перед внедрением услуг ИСС рекомендовано осуществлять их опытную эксплуатацию, по результатам которой должно быть определено оптимальное соотношение долей обслуженных вызовов и времени установления соединения, влияющее на толерантность пользователей.

6. При внедрении услуг ИСС, покрывающих значительные территории, на базе цифро-аналоговых ТФОП со сложными алгоритмами обработки вызовов, следует предусматривать выдачу в сторону пользователя сообщений автоинформатора, оповещающих его об этапах установления соединения. Ее отсутствие, по крайней мере в начале каждой очередной попытки установления соединения, при увеличении времени, необходимого на обработку, приводит к дополнительным потерям вызовов. Таким образом, экспериментально было установлено, что способ организации интерактивного взаимодействия с пользователем в процессе обслуживания вызовов оказывает влияние на долю вызовов, завершившихся разговором.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Теоретические и экспериментальные исследования способов реализации услуг ИСС на телефонной сети общего пользования, проведенные в диссертации, позволяют сформулировать следующие основные результаты.

1. Разработан способ формализованного описания процесса декомпозиции услуг ИСС на составляющие компоненты, независимые от услуг конструктивные блоки и функциональные объекты, представляемые в виде наборов выполняемых ими действий и информационных потоков. Данный способ может быть использован при постановке задач нисходящего проектирования и разработки программного обеспечения, реализующего логику услуг ИСС.

2. Предложена классификация способов построения интеллектуальных сетей связи, позволяющая систематизировать известные подходы к внедрению услуг ИСС на базе ТФОП и выявить тенденции их развития.

3. Разработан способ поэтапного построения ИСС федерального уровня, принадлежащей одному оператору, предполагающий расширение ИСС от централизованной платформы на базе узла служб или совмещенного узла коммутации и управления услугами в направлении распределенной платформы. В результате выявлен ряд организационно-технических вопросов, нуждающиеся в первоочередном решении.

4. В результате исследований установлено, что внедрение дополнительных услуг ИСС приводит к изменению показателей качества обслуживания вызовов в базовой коммутируемой сети, в частности, к увеличению времени установления соединения. Разработана инженерная методика, расчета среднего времени установления соединения для вызовов услуг с R-кратными обращениями к внешним узлам платформы ИСС, позволяющая производить оценку приемлемости внедряемых услуг с точки зрения ожиданий пользователей.

5. Разработаны аналитические модели алгоритмов обработки вызовов услуги ИСС Бесплатный вызов, на основе которых показано, что по сравнению с простым пересчетом логического номера в исходящей зоне, применяемом в большинстве известных реализаций платформ ИСС, алгоритм с централизованным пересчетом логического номера позволяет увеличить долю обслуженных вызовов на 30% и более.

6. Установлено, что осуществление нескольких попыток обслуживания вызовов услуг ИСС на междугородном участке ТФОП позволяет повысить эффективность алгоритма с простым пересчетом логического номера в исходящей зоне по критерию доли обслуженных вызовов в 1,3−4 раза в зависимости от показателей качества обслуживания вызовов базовой сети и степени охвата услугами.

7. Определена область допустимых значений интенсивностей потоков вызовов услуг ИСС при известном времени их обработки в узле платформы, реализующем функцию SDF, в пределах которой не происходит неконтролируемого увеличения времени установления соединения, отрицательно влияющего на приемлемость услуг для пользователей.

8. Показано, что представление совокупности объектов распределенной функциональной плоскости КМИСС в виде системы массового обслуживания с приборами фазового типа позволяет более адекватно, по сравнению с известными моделями, представить и описать процессы, происходящие в платформе ИСС при обработке вызовов услуг. С их помощью, с задаваемой исследователем точностью могут быть исследованы отдельные этапы реализации программ логики услуг, которые являются критичными с точки зрения показателей качества обслуживания.

9. Разработаны аналитические модели процесса обработки вызовов услуг ИСС в узлах распределенной платформы. Получены выражения для ВВХ при различных способах буферизации вызовов в узле коммутации услуг, позволившие установить, что в области больших значений нагрузок, создаваемых вызовами ИСС (р2>®-, 4 Эрл), SSP с общим буферным накопителем обладает наилучшими характеристиками.

10. Результаты испытаний на опытной зоне подтвердили возможность предоставления услуг ИСС на базе устройств, аналогичных разработанному АПКУУ. С его помощью были получены экспериментальные данные, подтверждающие теоретические выводы о характере влияния услуг ИСС на показатели качества базовой ТФОП, сделанные в диссертации.

Таким образом, результаты, полученные на 03 ИСС, подтвердили основные теоретические положения и выводы, сделанные в диссертации.