Разработка имитационной модели функционирования

XLIII Всероссийская конференция по проблемам
математики, информатики, физики и химии
Бичуцкая Галина Юрьевна
Гудкова Ирина Андреевна
Першаков Николай Владимирович
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ
МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ПРОТОКОЛА УПРАВЛЕНИЯ
ПОТОКОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
Кафедра систем телекоммуникаций
МОСКВА, РУДН
2007 г.
Протокол SCTP (1/3)
Протокол управления потоковой передачей
(Stream Control Transmission Protocol) –
транспортный протокол, обеспечивающий:
 надежную доставку сообщений пользователя
внутри нескольких потоков передачи с
возможностью упорядочивания
 объединение нескольких сообщений
пользователя в одном пакете
 поддержку основных и резервных адресов для
сторон, участвующих в соединении
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
2
Протокол SCTP (2/3)
Функциональная схема
Инициация
данных
Формирование
пакета
Передача
пакета
Порция
Пакет
Приложение
пользователя
23-27 апреля 2007 г.
Протокол SCTP
Поток
IP-сеть
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
3
Протокол SCTP (3/3)
Таймер ограничения времени
формирования пакета
Таймер формирования пакета
Интервал времени между
поступлением первой порции
пакета и моментом истечения
таймера его формирования
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
4
Постановка задачи
Анализ показателей качества передачи
сообщений пользователя по протоколу SCTP:
 задержка обработки сообщений
пользователя на уровне SCTP, включая
задержку в очереди на передачу



среднее значение
95% – квантиль
среднеквадратичное отклонение
 коэффициент использования узла
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
5
Имитационная модель (1/2)
Диаграмма состояний
Прием порций данных и
формирование пакетов
Поступила порция
Формирование пакета
Пакет сформирован
: Пакет
[Канал свободен]
Передача пакета
Пакет доставлен
[Иначе]
[Очередь пуста]
Передача сформированных пакетов
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
6
Имитационная модель (2/2)
 Очередь событий
Обработка
события
Поступление порции
Истечение таймера формирования пакета
Завершение передачи пакета
 Таймер формирования пакета
 Потеря сообщений при переполнении
буфера
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
7
Передача сигнальных сообщений
ОКС 7 по IP-сети (1/5)
Архитектура стека протоколов SIGTRAN
MAP
ISUP
ОКС 7
TCAP
SCCP
MTP3
MTP2
MTP1





M2PA
M3UA
M2UA
SCTP
Sigtran
IP-сеть
IP
MAP – Mobile Application Part,
прикладная подсистема подвижной связи
TCAP – Transaction Capabilities Application Part,
прикладная подсистема возможностей транзакций
ISUP – ISDN User Part, подсистема пользователя ISDN
SCCP – Signaling Connection Control Part,
подсистема управления соединениями сигнализации
MTP – Message Transfer Part,
подсистема передачи сообщений
23-27 апреля 2007 г.
SUA




M2PA – MTP2-User Peer-to-Peer Adaptation
Layer, уровень адаптации подсистемы MTP2
M2UA – MTP2-User Adaptation Layer, уровень
адаптации подсистемы MTP2
M3UA – MTP3-User Adaptation Layer, уровень
адаптации подсистемы MTP3
SUA – SCCP-User Adaptation Layer, уровень
адаптации подсистемы SCCP
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
8
Передача сигнальных сообщений
ОКС 7 по IP-сети (2/5)
Фрагмент сети сотовой подвижной связи
ISUP
MTP3
BS
MTP2
MTP1
64 Кбит/с
1
Звенья
сигнализации
BS
BSC
16
64 Кбит/с
M3UA
Размер
пакета –
1500 байт
SCTP
IP
2 Мбит/с
К ITP, IP-HLR,
IP-MSC/VLR
ITP
Поток СС от подсистемы ISUP



BS – Base Station, базовая
станция
BSC – Base Station Controller,
контроллер базовой станции
СС – сигнальные сообщения




23-27 апреля 2007 г.
ITP – IP Transfer Point,
транзитный пункт сигнализации, поддерживающий Sigtran
HLR – Home Location Register,
опорный регистр местонахождения абонента
VLR – Visitor Location Register,
визитный регистр местонахождения абонента
MSC – Mobile Switching Center, центр коммутации подвижной связи
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
9
Передача сигнальных сообщений
ОКС 7 по IP-сети (3/5)
Модель трафика
Успешное установление соединения
(IAM-ACM-ANM-REL-RLC)
Вызываемый абонент не отвечает
(IAM-ACM-REL-RLC)
68,1%
Вызываемый абонент занят
(IAM-REL-RLC)
)
(%
18%
ля
До
C
аC
ин )
Дл байт
(
13,9%
IAM
43
22%
ACM
17
19%
ANM
15
15%
REL
19
22%
RLC
14
22%
Состояния вызова
IAM
ACM
ANM
REL
RLC
–
–
–
–
–
Initial Address Message
Address Complete Message
Address Answer Message
Release Message
Release Complete Message
Средняя длина CC
23-27 апреля 2007 г.
22,2 байт
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
10
Передача сигнальных сообщений
ОКС 7 по IP-сети (4/5)
Таймер формирования пакета – 5 мс
14 мс
18,6 мс
Задержка обработки
СС на уровне MTP 2:
5,2 мс
Среднее значение
95%-квантиль
4 мс
Сигнальная нагрузка ОКС 7:
0,2 Эрл
0,4 Эрл
Пропускная способность
канала – 2 Мбит/с
Максимальный размер
пакета – 1500 байт
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
11
Передача сигнальных сообщений
ОКС 7 по IP-сети (5/5)
Таймер формирования пакета – 10 мс
18,6 мс
14 мс
Задержка обработки
СС на уровне MTP 2:
Среднее значение
95%-квантиль
Сигнальная нагрузка ОКС 7:
5,2 мс
4 мс
0,2 Эрл
0,4 Эрл
Пропускная способность
канала – 2 Мбит/с
Максимальный размер
пакета – 1500 байт
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
12
Выводы и задачи дальнейших
исследований
 Разработана имитационная модель
функционирования протокола SCTP
 Разработаны методы вычисления вероятностных
характеристик передачи сообщений пользователя
по протоколу SCTP
 Исследованы показатели качества передачи
сигнальных сообщений ОКС 7 по IP-сети и
предложены параметры SCTP-ассоциации
 Предметом дальнейших исследований является
модификация имитационной модели для случая
нескольких параллельных потоков передачи
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
13
Литература
Стандарты ITU-T и IETF
1.
ITU-T Recommendation Q.7xx Series Specifications of Signaling
System No. 7 // ITU-T White Book, Geneva, 1993.
2.
Ong L., Rytina I., Garcia M. et al. Framework Architecture for
Signaling Transport // RFC 2719, IETF, October 1999.
3.
Stewart R., Xie Q., Morneault K. et al. Stream Control Transmission
Protocol // RFC 2960, IETF, October 2000.
Методы исследования
4.
Jain R., Chlamtac I. The P2 algorithm for dynamic calculation of quantiles
and histograms without storing observations // Communications of
the ACM, vol.28, no.10, November 1985, pp.1076-1085.
5.
Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем // М.: Наука,
главная редакция физико-математической литературы, 1968.
6.
Самуйлов К.Е. Методы анализа и расчета сетей ОКС 7 //
М.: Изд-во РУДН, 2002.
7.
Самуйлов К.Е., Чукарин А.В., Першаков Н.В. Разработка модели
функционирования протокола управления потоковой передачей //
Вестник РУДН, серия «Прикладная и компьютерная математика»,
т.4, №1, 2005, стр.40-47.
23-27 апреля 2007 г.
XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики,
информатики, физики и химии
14
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ