WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Проведенные исследования показали что, в настоящее время отсутствуют модели обеспечения качества, охватывающие все составляющие конвергентной сети (оконечное оборудование пользователя, сеть доступа, транспортную сеть и межсетевые шлюзы). Определено, что оптимальным в конвергентных сетях передачи речи является применение метода централизованного управления вызовами, использующего информацию о топологии сети. В этом случае механизм управления вызовами САС (Call Admission Control) работает совместно с механизмом маршрутизация в IP-сетях для обеспечения необходимого качества QoS речевых услуг.

Разработана модель конвергентной сети передачи речи, в которой сеть представлена в виде нагруженного графа GV, E) (Рис. 1в). Множество вершин графа ( V соответствует сетевым узлам (маршрутизаторам, коммутаторам, шлюзам, терминальному оборудованию), а множество нагруженных ребер E - звеньям сети (каналам связи). Каждое ребро (u,v) E имеет нагрузку, измеряемую определенной QoS-метрикой w(u,v) := f (x1, x2,..., xn,C,Q), которая является функцией от набора сетевых характеристик x1, x2,..., xn, стоимости канала связи C и параметра оценки качества передачи речи Q. Каждая вершина также имеет состояние, которое может быть определено независимо или включено в состояние инцидентных рёбер.

Определены проблемы оценки и обеспечения качества передачи речи в конвергентных сетях: отсутствие комплексных моделей оценки качества передачи речи, отсутствие сквозных механизмов обеспечения качества речевой связи в конвергентных сетях, неточность информации о сетевых характеристиках.

Исследование показало, что большинство алгоритмов поиска оптимальных маршрутов в пакетных сетях трактуют информацию о сетевых характеристиках как достоверную и точную. Однако при этом не учитываются динамичное изменение состояния сети, процессы агрегации при масштабировании сетей, скрытность информации в приватных сегментах конвергентных сетей, а также приближенность вычислений в сетевых узлах, поэтому такие алгоритмы не пригодны при использовании в конвергентных сетях.

С учетом существующих проблем определена общая задача исследования и разработки методов обеспечения качества передачи речи в конвергентных сетях при неточной информации о сетевых характеристиках.

а) б) в) Рис. 1. Конвергентная сеть передачи речи: (а) полная схема сети для связи двух терминалов А и В; (б) фрагмент сети, соответствующий раздельному применению механизмов САС и QoS-маршрутизации; (в) модель сети в виде нагруженного графа GV, E) ( Во второй главе приведено описание разработанных методов и алгоритмов поиска наиболее вероятного пути, удовлетворяющего ограничениям по задержке и полосе пропускания (НВП ОЗП). Предложены методы решения задачи НВП ОЗП с учетом ограничений на стоимость речевого соединения и качество передачи речи в конвергентной сети.

Для реализации задачи управления качеством передачи речи в конвергентных сетях предложен вероятностный подход, в котором принятие решения о выборе наиболее вероятного пути производится не по текущим значениям сетевых характеристик, а строится на основе информации о математическом ожидании и дисперсии сетевых характеристик.

Задача поиска наиболее вероятного пути с ограничениям по задержке и полосе пропускания (НВП ОЗП) сведена к совместному решению двух задач: поиска наиболее вероятного пути, удовлетворяющего ограничениям по полосе пропускания (НВП ОП) и поиска наиболее вероятного пути, удовлетворяющего ограничениям по задержке (НВП ОЗ).

Для решения задачи НВП ОП предложен алгоритм поиска кратчайшего пути с полиномиальным временем на основе модифицированного алгоритма Дейкстры.

Алгоритм осуществляет поиск путей в нагруженном графе конвергентной сети, для которых максимальны значения ( p) := P[b( p) B] - вероятности того, что полоса B пропускания b(р) на всех ребрах пути p больше заданного граничного значения полосы пропускания B.

Определено, что задача НВП ОЗ может быть отнесена к классу задач NPсложности и для ее решения использован аппроксимационный метод релаксации Лагранжа и модифицированный алгоритм поиска k-кратчайших путей. В задаче НВП ОЗ предполагается, что для каждого ребра (i, j) нагруженного графа G = (V, E) задержка d(i, j) является неотрицательной случайной величиной с математическим ожиданием (i, j) и дисперсией (i, j) и задержки для различных ребер являются взаимно независимыми величинами. Поиск оптимального пути проводится на основе максимизации целевой функции ( p) := P[d( p) D] - D вероятности того, что задержка d на пути p менее граничного значения D, равной D - ( p) ( p), (1) D ( p) x где (x) := e- y2 / 2dy – интегральная функция распределения случайной величины с распределением по нормальному закону. Поскольку (x) является монотонной функцией, её максимизация по отношению к параметру p эквивалентна максимизации аргумента (D - ( p)) / ( p). Следовательно, задача НВП ОЗ может быть сведена к задаче поиска пути p, при котором максимизируется величина D - ( p) X ( p) :=. (2) D ( p) Для решения этой задачи использована методика линейного поиска, при которой поиск кратчайшего пути производится по весам w(i, j) ребер (i, j) E, являющимся линейной комбинацией величин и :

w(i, j) = (i, j) + (i, j), (3) где – коэффициент, рассчитываемый в ходе поиска.

Предложен эвристический алгоритм решения задачи НВП ОЗ, использующий диапазон поиска от pср - кратчайшего пути по отношению к математическому ожиданию задержки до кратчайшего пути по отношению к дисперсии задержки pдис.

Предложенные алгоритмы решения задачи НВП ОЗ имеют меньшую вычислительную сложность по сравнению с существующими алгоритмами. Это обеспечивается за счет сокращения области поиска оптимального решения путем анализа целевой функции и более точного определения оптимального пути за счет адаптивного выбора коэффициента наклона линии поиска.

С использованием реверсивного алгоритма Дейкстры разработан эвристический алгоритм нахождения совокупности удовлетворительных путей для решения задачи НВП ОЗП. Путь p называется удовлетворительным, если невозможно найти другой путь pдр, для которого ( pдр ) ( p) и ( pдр ) ( p).

B B D D Алгоритм НВП ОЗП производит выбор удовлетворительных путей, расположенных в области между путями rоптD и rоптB, при которых вероятности и D максимальны соответственно. На Рис. 2 приведен пример таких путей в B пространстве (, ) (черные точки D B обозначают удовлетворительные пути).

B( p) Удовлетворительные пути образуют rоптB «лестницу» между граничными значениями rоптD и rоптB. Алгоритм pвр 0,определяет совокупность данных путей 0,путем квантования значения вероятности = 0, с заранее определенным шагом, B 0,0 < < 1. На Рис. 2 показан пример rопт = rоптD D( p) процесса дискретизации для = 0,2.

0 0,3 0,9 Рис. 2. Удовлетворительные пути в пространстве (, ) D B В главе 2 предложены методы решения задачи НВП ОЗП с учетом ограничений на стоимость речевого соединения и качество передачи речи в конвергентной сети, обеспечивающие уменьшение области поиска оптимального пути за счет отсечения путей, не удовлетворяющих пороговым значениям.

Для метода, использующего ограничение по качеству передачи речи, разработана принципиально новая метрика, сочетающая в себе показатели обеспечения оператором требуемого значения QoS и степень удовлетворенности потребителей качеством – QoE.

В качестве показателя качества передачи речи для потока z предложено использовать метрику:

Gz := Qz * Kz, (4) где Qz – усредненный параметр качества передачи речи, Kz – параметр удовлетворенности пользователей качеством услуг передачи речи, который определяется оценкой ASR (Average Successful Rate – процент успешно завершившихся звонков) или ACD (Average Call Duration – средняя продолжительность разговоров), либо их комбинацией.

Усредненный параметр качества передачи речи определяется следующим образом:

M вх вых Qz :=+ Rm ), (5) (Rm 2M m=где M – количество речевых соединений в потоке с индексом z, вх вых Rm и Rm – интегральные показатели качества передачи речи для соединения m на входе и выходе из IP-сети соответственно.

В третьей главе приведены результаты выполненного анализа эффективности разработанных методов обеспечения качества передачи речи на различных топологиях графа конвергентной сети при неточной информации о сетевых характеристиках.

В ходе имитационного моделирования сравнивалась эффективность алгоритма НВП ОЗП, существующего алгоритма поиска кратчайшего пути в графе при наличии двух ограничений (алгоритм Henig1) и триггерного алгоритма2 поиска удовлетворительных путей в нагруженном графе сети. Критериями эффективности алгоритмов выступали: вычислительная сложность, выраженная в количестве вызовов алгоритма Дейкстры; количество успешных попыток соединений с учетом ограничений на сетевые параметры; объем передаваемой служебной информации о характеристиках каналов связи.

Моделирование показало, что разработанный вероятностный алгоритм требует в среднем 3 (в худшем случае 8) итерации алгоритма Дейкстры, по сравнению с 5 (в худшем случае 14) итерациями алгоритма Henig (т.е. меньше на 60%). Даже при числе итераций меньше 3 и значениях k = 2 для алгоритма НВП ОЗП найденный путь очень близок к оптимальному, что говорит о небольшой вычислительной сложности и высокой эффективности разработанного алгоритма. При равных ограничениях и сравнимой вычислительной сложности алгоритм НВП ОЗП для обоих вариантов определяет путь лучший, чем алгоритм Henig.

Результаты моделирования показали, что при одинаковых показателях эффективности, выражаемых в доле успешных попыток соединений S, вероятностный подход значительно снижает объем служебной информации, передаваемой по сети, по сравнению с триггерным методом. Так, сокращение объема передаваемой служебной информации при учете ограничения на задержку или полосу пропускания варьировалось в пределах от 5% до 20% линий в зависимости от различных вариантов.

При ограничениях на обе сетевые характеристики сокращение объема передаваемой служебной информации может превысить 50%, что делает целесообразным использование вероятностного подхода на практике.

При моделировании количество успешных попыток соединений для вероятностного алгоритма превосходило аналогичный показатель триггерного алгоритма на 15-24%. Эффективность вероятностного подхода по отношению к триггерному возрастает с увеличением дисперсии случайных характеристик сети, поэтому в сетях со значительными изменениями характеристик преимущество вероятностного подхода будет более ощутимо. На Рис. 3 представлена зависимость соотношения доли успешных соединений при использовании вероятностного Sвер и D - ( pср ) триггерного Sтриг алгоритмов от коэффициента xD = для различных ( pср ) значений дисперсии и порога срабатывания триггерного алгоритма THD, определяющего процент линий, по которым требуется передача служебной информации об обновлении сетевых характеристик.

Henig, M. I. The shortest path problem with two objective functions / M. I. Henig // European Journal of Operational Research. – 1986. – Vol. 25, №2. – pp. 281–291.

Apostolopoulos, G. Quality of service based routing: A performance perspective / G. Apostolopoulos, R. Guerin, S. Kamat, S. K. Tripathi // ACM SIGCOMM’98 Conference. – Vancouver, Canada, 1998. – pp. 17–28.

а) б) Рис. 3. Зависимость Sвер / Sтриг от коэффициента xD при: (а) = 25, (б) = Четвертая глава содержит результаты исследования практической реализации методов обеспечения качества передачи речи в конвергентных сетях. Разработана модель конвергентной сети передачи речи для различных вариантов речевых соединений в соответствии с рекомендациями ETSI, ITU-T и отечественной нормативной базой. Модель охватывает все составляющие конвергентной сети (Рис. 4):

терминальные устройства, сеть доступа, транспортную сеть, ТфОП, что дает возможность исследовать комплексное использование механизмов CAC и QoSмаршрутизации.

Рис. 4. Структура конвергентной сети передачи речи Для реализации метода НВП ОЗП с ограничением по критерию качества определено применение Е-модели для измерения оценки качества передачи речи в конвергентных сетях.

На основе разработанной методики проведено сетевое моделирование методов НВП ОЗП на мультисервисной сети передачи данных (МСПД) ОАО «ЦентрТелеком».

Для испытаний выбран фрагмент сети (Рис. 5), включающий в себя региональные узлы МСПД в городах Тула и Владимир, участок междугородной транспортной IP MPLS сети, систему управления вызовами SoftSwitch 5 и 4 классов, биллинг и систему маршрутизации. Моделирование путей для установления речевых соединений выполнено с использованием технологии IP VPN на транспортной сети, рассмотрены различные варианты трафика в потоках. Исследована эффективность разработанных алгоритмов по сравнению с используемым на практике статичным методом выбора маршрута с минимальной стоимостью LCR (Least Cost Routing).

Рис. 5. Схема фрагмента МСПД ОАО «ЦентрТелеком» для проведения сетевого моделирования Результаты проведенных испытаний показали, что разработанный вероятностный метод выбора оптимального пути в конвергентной сети обеспечивает экономию стоимости разговорного соединения от 12% в часы наибольшей нагрузки для сети Интернет до 44% для ночного периода (Рис. 6). Максимальная эффективность достигнута при значениях периода регулирования в алгоритме маршрутизации равного 0,51,5 средней длительности разговорного соединения.

Рис. 6. Зависимость коэффициента эффективности от периода регулирования маршрутизации В ходе исследования для разработанного метода маршрутизации обнаружен эффект, связанный с уменьшением дисперсии критерия качества R при малых значениях периода регулирования в алгоритме маршрутизации. Использование обнаруженного эффекта на практике позволило увеличить скорость выполнения алгоритма НВП ОЗП и повысить точность выбора оптимального пути.

В приложении содержатся акты внедрения результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Проведен анализ теоретических и практических моделей оценки качества речи и механизмов обеспечения качества передачи речевой информации в сетях с пакетной коммутацией. Определены проблемы, которые значительно усложняют, а порой и делают невозможным использование имеющихся алгоритмов в сложных конвергентных сетях: отсутствие комплексных моделей оценки качества речи, отсутствие сквозных механизмов обеспечения качества передачи речи в конвергентных сетях, неточность информации о сетевых ресурсах.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»