Исследование процессов обмена сигнальными сообщениями протокола SIP в сетях NGN

Исследование процессов обмена сигнальными сообщениями протокола SIP в сетях NGN

Ключевые слова: протокол, SIP, IMS, цепи Маркова, мультисервисные сети, вероятность, дополнительные услуги.

Для мультимедийной подсистемы IMS (IP Multimedia Subsystem), используемой при построении мультисервисньх сетей, основным протоколом сигнализации является протокол установления сессий SIP. Задача оценки объема сигнальной нагрузки и времени установления соединения в подсистеме остается мало исследованной, так какдля протокола SIP до настоящего времени не стандартизованы методики, позволяющие проводить анализ параметров его производительности. В работе рассматривается математическая модель для анализа показателей качества функционирования протокола SIP в процессе установления соединения с учетом ретрансляций сообщений из-за ошибочных передач. Разрабатывается математическая модель для сценариев оказания дополнительных услуг: переключение связи, переадресация вызова, уведомление о вызове во время связи. В соответствии с полученной моделью с использованием аппарата цепей Маркова рассчитываются условные вероятности переходов по цепи при заданном числе шагов и вероятности успешного установления сессии (для дополнительных услуг) по протоколу SIP с учетом вероятностей повторных передач.

Данилов А.Н., Максимов С.П., Крылов Р.Х.,

МТУСИ

Одним из основных протоколов сигнализации в мульти-сервисных сетях связи (с использованием мультимедийной подсистемы IMS) является протокол установления сессий SIP [1,2,5].

Для протокола сигнализации SIP до настоящего времени не стандартизованы методики, позволяющие проводить анализ параметров его производительности, прежде всего оценки объема сигнальной нагрузки и времени установления соединения в подсистеме IMS.

Приведем математическую модель для анализа показателей качества функционирования дополнительных услуг протокола SIP в процессе установления соединения с учетом ретрансляций сообщений из-за ошибочных передач с использованием аппарата цепей Маркова [3,4]. Рассмотрим сценарий дополнительной услуги "Переключение связи" (см. рис. 1).

В случае возникновения различных сбоев протоколом SIP запускается механизм повторной передачи сообщения. Отметим, что ретрансляция предусмотрена только для сообщений "INVITE", "200-OK", "ACK" и "BYE". Механизм передачи сообщений "100-TRYING" и "180-RINGING" достаточно надежен, поэтому при построении модели предполагается, что они передаются без ошибок.

Предположим, что успешная передача происходит с вероятностью (1 - g) для сообщений "INVITE А" и "ACK", с вероятностью (1 - f) - для сообщений "200-0K" и "BYE",

с вероятностью (1 - с) - для сообщений "INVITE С" и "ACK" и с вероятностью (1 - d) - для сообщения "200-0K". Таким образом, сбой передачи происходит с вероятностью (g + c) для сообщений "INVITE" и "ACK" и с вероятностью (f + d) -для сообщения "200-0K", т.е. в этом случае происходит ретрансляция (повторная передача) сообщения.

Покажем в табл. 1 соответствие состояний цепи Маркова (ЦМ) состояниям протокола сигнализации SIP для дополнительной услуги "Переключение связи".

Составим диаграмму переходов состояний цепи Маркова для дополнительной услуги "Переключение связи" исходя из принятых выше условий (см. рис. 2).

Рис. 1. Сценарий дополнительной услуги "Переключение связи"

rk

В соответствии с этой моделью, проведем анализ цепи Маркова и получим условные вероятности перехода по цепи при заданном чикле шагов.

Вероятность P(f, g, с, d) успешного установления сессии по протоколу SIP с учетом вероятностей повторных передач может быть вычислена по формуле

"=«

где

_ (¡¿nt+ f!,nt*liMg fl-,+ tlj^rij

и множитель îï = (1 -сУО. -gУ(1 —/) равен вероят-

ности успешной передачи восьми сообщений:<<ШУГГЕ А», «200-ОК.», «АСК», «BYE», «200-СЖ», «INVITE С», «200-ОК», «АСК». Рассмотрим сценарий дополнительной услуги «11ереадресация вызова» (см. рис. 3).

Механизм передачи сообщений «100-TRYING» достаточно надежен, поэтому при построении модели предполагается, что они передаются без ошибок.

Успешная передача происходит с вероятностью (1-g) для сообщений «INVITE В» и «200-СЖ», с вероятностью (1 - 0 -для сообщении «INVITE(Also: С)» и «BYE», с вероятностью ( I - с) - для сообщений «INVITE С» и «АСК» и с вероятностью (1 - cl) — для сообщения «200-СЖ», Сбой передачи происходит с вероятностью (g + с) для сообщений «INVITE», «200-ОК»,«[NVITE С» и «АСК» и с вероятностью (f + d) -для сообщений «INVITE(A!so: С)», «BYE», «200-(Ж», т.е. в этом случае происходит ретрансляция сообщения.

Покажем в табл. 2 соответствие состояний ЦМ состояниям протокола сигнализации SIP для дополнительной услуги «11ереадресация вызова».

Составим диаграмму переходов состояний иепи Маркова для дополнительной услуги «Переадресация вызова» исходя из принятых выше условий (см. рис, 4).

Вероятность P(f, g, с, d) успешного установления сессии по протоколу SIP для дополнительной услуги «!lepcaipeca-нпя вызова» с учетом вероятностей повторных передач может быть вычислена по формуле (I), где множитель равен вероятности успешной передачи восьми сообщений: «INVITE В», «INVITE(AIso: С)», «200-СЖ», «BYE», «200-ОК», «INVITE С», «200-ОК», «АСК».

Рассмотрим сценарий дополнительной услуги «Уведомление о вызове во время связи» (ем. рис. 5).

Механизм передачи сообщений «182-С}иеие(1»достаточно надежен, поэтому при построении модели предполагается, что они передаются без ошибок.

Успешная передача происходит с вероятностью (1—g) для сообщений «INVITE (Call-Disposition: Queue)» и «АСК» и с вероятностью (1-f) - для сообщения «200-СК». Таким образом, сбой передачи происходит с вероятностью g для сообщений «INVITE» и «АСК» и с вероятностью f для сообщения «200-ÛK», т.е. в этом случае происходит ретрансляция сообщения.

Покажем в табл. 3 соответствие ЦМ состояниям протокола сигнализации SIP для услуги «Уведомление о вызове ВО время связи».

Таблица I

Соответствие состояний ЦМ состояниям протокола SIP для дополнительной услуги «Переключение связи»

Номер состоянии ЦМ Состояние SIP Описание

0 « Старт»/« ф и il иш » Ожидание чапроса из Внешней среды/ транзакция заблокирована

1 Передача сообщения «INVITE Л»

ri,+ 1,1 < n, <N 7j"[Ti_ij П| -я повторная передача сообщения «INVITE А», 1 <, nt <N

W + 2 200 Передача сообщения «200-СЖ»

N+2, 1 < n, <N [-71 ^(n.^ ) - пг-ая повторная передача сообщения «200-0к», 1 s тц «W

АСК Передача сообщения «АСК»

n,+ iN + 3, 1 < îl, sJV ITI D " п; -я повторная передача сообщения «АСК», 1 < 7L, <N

"BYE" Передача сообщения «ВУЕ»

nA + 3N + 4, 1 nt ITI j4f(7îj4 ) " tij -я повторная передача сообщения «BYE» (Location: С), 1 s£ nt s N

"200" Передача сообщения «200-0к»

71.+ 4JV+S,ts n. <S Г71 ^(n^ ) - Пч -я повторная передача сообщения «200-ОК». 1 < Jîs S N

1 Передача сообщения «INVITE С»

sJV+6,1^ Ti, <N 1*71 t6T(nt6 ) ' гь -я повторная передача сообщения «INVITE С» 1 < П. SN

"200" Передача сообщения «200-0к»

n-,+ 6N + 7. 1 < n7 < N Ï-Tl ,74^7 ) Пт -Я повторная передача сообщения «200-ОК», 1 < il7 <N

ACK Передача сообщения «АСК»

г., + iN + 8, 1 < n. s N 1*71 is^iiiB j - п* -я повторная передача сообщения «АСК», 1 <; П. <N

"Setup" Сессия установлена

rk

У

У

гк

Литература

1. Бакланов ИГ. NGN: принципы построения и организации/ под ред. Ю. 11. Чернышева. - М.: Эко - Трендз, 2008.

2. Деарт В.Ю. Мультиссрвисные сети связи. Протоколы и системы управления сеансами (Softswitch/IMS). — м.: Инсвязьиздат, 2010.

3. Наумов В.А., Самуилов К.Е., Яркина И В. Теория телетрафика мульти сервисных сетей. - М.: Изд-во РУДН, 2007.

4. Нсангу Мушили Мама. Марковская модель установления соединения по протоколу SIP С учётом повторных передач/ Труды секции телетрафика LXIV конференции РНТОРЭС имени А. С. Попова. - М., МТУСИ, 2009. - С.367-369.

5. Росляков А.В. Сети следующего поколения NGN. - М.; Эко-Трендз, 2008.

Investigation of exchange processes of signaling messages of protocol SIP in NGN networks Danilov A.N., Maksimov S.P., Krylov R.H., MTUCI, Mocsow

Abstract

Multimedia Subsystem IMS (IP Multimedia Subsystem), used in the construction of multi-service networks, the main signaling protocol is Session Initiation Protocol SIP The task of estimating the amount of signaling load and setup time in the subsystem remains little studied , since the SIP has not yet been standardized techniques that allow an analysis of its performance parameters . In this paper we consider a mathematical model for the analysis of quality of functioning of the SIP in the process of establishing a connection with considering relaying messages from erroneous transmissions. Developed a mathematical model for the scenarios provide additional services: communication switching, call forwarding, call announcement during a communication. In accordance with the model obtained using the apparatus of the Markov chain transition probabilities are calculated conditional on the chain for a given number of steps and the likelihood of a successful session establishment (for additional services) using SIP , taking into account the probability of retransmissions .

Keywords: protocol, SIP, IMS, Markov chains, multiservice networks, the likelihood, additional services.

References

1. Baklanov I.G. NGN: principles and organization / edited. N. Chernyshev. M oscow: Eco - Trendz 2008.

2. Deart VYu. Multiservice communication network. Protocols and system-theme session management (Softswitch / IMS). Moscow: Insvyazizdat 2010.

3. Naumov V.A., Samuilov K.E., Yarkina N.V. Teletraffic Theory multiservice networks. Moscow: RUDN, 2007.

4. Nsang Mushiii Moma. Markov model to establish co-unification of SIP considering retransmissions / Proceedings section LXIV teletraffic conference RNTORES Popov. Moscow: MTUCI, 2009. Pp.367-369.

5. RosiyakovAV. Next generation network NGN. Moscow: Eco - Trendz 2008.