Метод расчета показателей функциональной надежности платформы IMS в телекоммуникационных сетях связи

ГЛАВА 2. СИСТЕМНЫЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ, КАЧЕСТВА, БЕЗОПАСНОСТИ

УДК 621.396.6

Ибрагимов1 Б.Г., Гумбатов2 Р.Т., Ибрагимов2 Р.Ф., Исаев3 А.М.

Азербайджанский Технический университет, Баку, Азербайджан

2Институт Системы Управления НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан

3Военной Академии Республики Азербайджана, Баку, Азербайджан

МЕТОД РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ПЛАТФОРМЫ IMS В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ

В работе проанализированы отказоустойчивости функционирования телекоммуникационных сетей связи следующего и будущего поколения. Рассмотрены общее описание и работы структурно-функциональной схемы исследуемой архитектуры подсистемы передачи мультимедийных сообщений IMS в телекоммуникационных сетях связи. На основе исследования предложены методов расчета показателей функциональной надежности платформы мультимедийной связи IMS (Internet Protocol Multimedia Subsystem) и получены аналитические выражения для оценки характеристик со многими уровнями работоспособности и эффективные использования ресурсов пропускных способностей системы. Определены коэффициент сохранения эффективности и коэффициента эффективного использования информационных ресурсов в подсистеме IMS.

Ключевые слова:

НАДЕЖНОСТЬ, МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ УСЛУГИ, ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗА, ВЕРОЯТНОСТЬ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ, КОЭФФИЦИЕНТ СОХРАНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Введение. В настоящее время интенсивное развитие технических средств многооператорской среды на основе современных ИКТ технологий требует создания мультисервисных сетей связи следующего NGN (NGN - Next Generation Network) и будущего поколения FN (Future Network) с повышенным показателем надежности[1, 2].

При этом одной из факторов, определяющих качество и надежность функционирования телекоммуникационных сетей связи следующего и будущего поколения, является обеспеченность функциональной надежности платформы мультимедийной связи IMS при использовании эффективной стратегии резервирования и восстановления системы [3-6].

В [2, 3, 7, 8] установлено, что качество работы и показателей надежности подсистема IMS существенно оказывают влияние на операторов связи телекоммуникационных компаний, где разрабатывают и внедряют все больше новых мультимедийных услуг пользователям, позволяющие предоставлять поверх протокола IP на основе единой сети как традиционные услуги связи, так и новые услуги сетей последующих поколений.

В связи с большой популярностью этих услуг сети телекоммуникаций на базе IMS, работающие на основе протокола установления сессий (Session Initiation Protocol, SIP), работают в условиях перегрузки. Кроме того, мультимедийные услуги существенно меняют характер полезных и служебных трафиков при установлении сессий.

В контексте данной работы рассматривается решения задачи - исследования и оценки функциональной надежности подсистемы мультимедийной связи IMS со многими уровнями работоспособности в телекоммуникационных сетях связи.

Известно [1, 7], что платформы IMS являются решением, используемым при построении телекоммуникационных сетей связи, в которых функциональные надежности в основном зависят от качества функционирования функциональных элементов IMS, протокола SIP и Diameter при оказании мультимедийных услуг и при установлении соединения.

С целью анализа показателей функциональной надежности подсистемы IMS исследуется основными функциональными элементами IMS, которые являются модулью, реализующий функцию управления сеансами связи CSCF (Call Session Control Function) и сервер домашних абонентов HSS (Home Subscriber Server), фактически являющийся базой пользовательских данных мультисервисных сетей связи.

В состав модуля CSCF включены три функции -функция обслуживания (S-CSCF, Serving CSCF), функция запроса (Interrogating CSCF, I-CSCF) и функция прокси-сервера (P-CSCF, Proxy CSCF). При этом функция S-CSCF предназначена для регистрации абонентов в базе данных HSS, а также осуществляет контроль и управление сеансами связи и обеспечивает отказоустойчивые работы подсистемы IMS [4].

Для создания методов расчета и оценки показателей функциональной надежности подсистемы мультимедийной связи IMS необходимо исследовать все ее функциональных узлы и элементы платформы

системы, которые существенно оказывают влияние на качества функционирования телекоммуникационных сетей связи. Для решения выше поставленной задачи и учитывая важность взаимодействия программно-аппаратных средств CSCF платформы IMS, система и протоколов сигнализации предлагаются методы расчета рабочих показателей надежности мультимедийной связи IMS, основанные на упрощениях в описании исследуемой телекоммуникационной сети связи.

Оценки показателей функциональной надежности подсистемы мультимедийной связи IMS. Математическая формулировка задачи предлагаемого метода расчета функциональных показателей надежности платформы мультимедийной связи IMS для оценки характеристик эффективности телекоммуникационных сетей связи описывается следующими целевыми функциями:

№эф. =WN[Arg mai

при следующих ограничениях

P(t) < P (t) T < T

V /— доп.у / ' i.ср.з — 1.ср.з.Ьоп. ' Cia < Ci. а.доп. , V < Щ.доп. , i = 1 "

где Kice - коэффициент сохранения эффективности программно-аппаратных средств CSCF платформы IMS при обслуживании i— го потока пакетов трафиков,

= 1, n ;

C —

i.ap

стоимость

1.ср.з среднее

i — го потока пакетов

аппаратных и программных средств CSCF платформы IMS при обслуживании i— го потока пакетов трафиков, i = 1,n ; T, время задержки при передаче трафиков, i = 1,n ; Щ — коэффициент эффективного использования информационных и сетевых ресурсов в подсистеме IMS при передаче i— го потока пакетов, i = 1,n ; W - оператор совместной передачи полезных и служебных трафиков; P(t) — вероятность безотказной работы программно-аппаратных

средств CSCF платф°рмы IMS; С^.^. , Т^оп.и Щ.доп.,

соответственно, допустимая значения величины подсистемы, среднее время задержки, число каналов и коэффициент эффективного использования информационных и сетевых ресурсов единой многооператорской среда при передаче i— го потока пакетов полезного и служебного трафиков, i = 1,n ;

Pdim (t) - допустимая значения вероятность безотказной работы программно-аппаратных средств CSCF платформы IMS.

Выражения (1) и (2) определяют сущность рассматриваемого метода расчета показателей функциональной надежности подсистемы мультимедийной связи IMS для оценки составляющей надежности телекоммуникационных сетей связи на базе технологий построения распределенных сетей связи при оказании мультимедийных услуг.

В рамках доклада, в соответствии с постановкой задачи и обсуждением перечисленных вопросов, предлагаются методы расчета показателей функциональной надежности программно-аппаратных средств CSCF платформы мультимедийной связи IMS в телекоммуникационных сетях связи.

Системно-технический анализ показали [3-5], что функциональная архитектура подсистемы передачи мультимедийных сообщений IMS является одной из самых распределенных телекоммуникационных систем, в том числе на различных уровнях взаимодействия, обеспечивая вместе с тем интеграцию самых различных приложений.

Проведенные исследования показывают [1, 4, 7], что в основе подсистемы IMS с использованием HSS лежит взаимодействие различных компонентов посредством протоколов SIP и Diameter различных уровней. На основе исследования и анализа работы [2, 4, 7] установлено, что нами исследуемые программно-аппаратные средства CSCF подсистемы передачи мультимедийных сообщений IMS, которые рассматривались ранее, могли находиться в процессе оказания мультимедийных услуг в двух рабочих состояниях:

1. Работоспособное состояние - состояние ядра сети IMS, при котором значения всех функциональных параметров системы, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям QoS;

Работоспособность ядра сети IMS в момент времени t выражается следующим образом [6]: р _ _

tf9(0=US9(f), l'J=' Р = 1Р <3>

r=i

где Nt — число единичных ресурсов канала сети IMS; Sp(t) — единичное соединение, т.е. последовательная совокупность единичных ресурсов ядро сети IMS, способная реализовать все функции процесса доставки трафиков от i-го к j-му пользователю с заданными показателями QoS назначения для р-го

регламентированного режима, p = 1, P , где Р - количество регламентных режимов в системе.

Из (3) следует, что работоспособность ядра

сети IMS Sp(t) в момент времени t характеризуется наличием всех единичных соединений, отказ любого из них приводит к переходу Sp (t) в состояние неработоспособности.

Следует отметить, что при отказоустойчивом функционировании ядра сети IMS, когда отсутствует неограниченное возрастание интенсивности

отказов в системе, коэффициент эффективного использования информационных ресурсов в подсистеме IMS при передаче i— го потока пакетов выражается следующим образом:

Vt

где Cj ^— максимальные значения пропускной способности подсистемы передачи i— го потока пакетов мультимедийных сообщений IMS; Ln — длина передаваемого пакета.

Выражение (4) характеризует эффективное управление ресурсами пропускной способности ядра сети IMS в телекоммуникационных сетях связи.

Учитывая (3) и (4), общая минимальная совокупность ресурсов ядра сети IMS (C) , позволяющая организовать несколько соединений в любом необходимом сочетании их видов между i-м и j-м пользователями при оказании мультимедийных услуг, определяется как

к ___

Ь=1

Одним из важных функциональных показателей надежности платформы мультимедийной связи IMS является коэффициентом сохранения эффективно-

ст^ Kiсе

На основе предлагаемого метод расчета Kt е (t) определяется как отношение значения показателя эффективности использования ядра сети IMS по определенной продолжительности эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы системы в момент времени t не возникают. Таким образом, Kice (t) выражается следующим образом:

Kj. се

где Etэи(t) — совокупность показателей эффективности использования ядра сети IMS в мо- мент времени t при обслуживании i — го потока пакета трафика, i = 1,n ; EH(t) — номиналь-ное значение показателя эффективности использования сети IMS в момент времени t .

Заключение. В результате исследования предложен метод расчета показателей функциональной надежности программно-аппаратных средств CSCF платформы мультимедийной связи IMS в телекоммуникационных сетях связи с использованием единой многооператорской среды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ибрагимов Б.Г. Мультисервисные сети связи. Системы и протоколы сигнализации. LAP LAMBERT Academic Publishing, Verlag-GmbH. Deutschland. 2017. - 260 p.

2. Ибрагимов Б.Г., Исаев Я.С., Ибрагимов Р.Ф. Повышения показателей надежности системы Softswitch/IMS при использовании эффективной стратегии восстановления// Труды Международного Симпозиума «Надежность и Качество», II-том. Пенза, ПГУ. 2017. - с.370-371.

3. Шувалов В.П., Егунов М.М., Минина Е.А. Oбеспечение показателей надежности телекоммуникационных систем и сетей. М.: Горячая линия - Телеком, 2015. - 168 стр.

4. Ибрагимов Б.Г., Гасанов А.Г., Ибрагимов Р.Ф. Исследование отказоустойчивости системы сигнализации при использовании подсистемы IMS // Труды Международного Симпозиума «Надежность и Качество», II-том. Пенза, ПГУ. 2016. - с.43 - 45.

5. Юрьков Н.К. Технология производства электронных средств. Учебник.-СПб.:Изд-во «Лань», 2014. - 480 С.

6. Нетес В.А. Основы теории надежности. МТУСИ. - М.:2014. - 74 с.

7. Ibrahimov B.G., Ismaylova S.R. The Effectiveness NGN/IMS Networks in the Establishment of a Multimedia Session //American Journal of Networks and Communications. Vol. 7, No. 1. 2018. - pp.15.

УДК 615.035.4 Зотов А.Н.

«Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ», Москва, Россия

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Данная работа рассматривает возможность применения вспомогательных программ при проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Обозначены проблемы, которые возможно решить разработкой экспертной системы и ее дальнейшим встраиванием в процесс проектирования. Рассмотрены недостатки и преимущества такого подхода, обозначены проблемы создания такой системы.

Ключевые слова:

НАДЕЖНОСТЬ, ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА, ALTIUM DESIGNER, АСОНИКА-К