бабулер78

Показатели работы телекоммуникационных серверов в сети ИЦТС

Ключевые слова: интегральная цифровая технологическая связь, время ожидания обслуживания вызовов, время установления соединения, производительность сервера

Аннотация. В статье анализируются показатели обслуживания вызовов телекоммуникационным сервером в сети Интегральной цифровой технологической связи. Показаны зависимости времени ожидания обслуживания вызовов от интенсивности потока вызовов и от производительности телекоммуникационного сервера. Рассчитаны длительности установления соединения с учетом приоритета для абонентов сети оперативно-технологической связи. Рассмотрен механизм перегрузок телекоммуникационного сервера. Приведены рекомендации по производительности телекоммуникационного сервера для сети разной емкости.

ЛЕБЕДИНСКИЙ
Аркадий Константинович, Петербургский государственный университет путей сообщения, кафедра «Электрическая связь», доцент, канд. техн, наук, Санкт-Петербург, Россия


В соответствии с концепцией обслуживание вызовов в сети Интегральной цифровой технологической связи ИЦТС [1-3] осуществляется телекоммуникационными серверами ТКС. За каждым сервером закрепляется соответствующая зона обслуживания. Причем наибольшее количество вызовов приходится на абонентов сетей ОТС и ОбТС. При этом соединения между абонентами ИЦТС устанавливаются с использованием протокола SIP.
Телекоммуникационные серверы характеризует производительность, которая оценивается количеством вызовов, обслуживаемых в течение часа. Для ее повышения требуется применение высокоскоростных микропроцессорных систем, что, однако, приводит к увеличению стоимости сервера.

На телекоммуникационном рынке представлены серверы разной производительности. Например, для системы SI3000 серверы производятся двух типов: cCS и CS. Первый из них предназначен для небольших сетей общего пользования и обслуживает до 38,7 тыс. вызовов в час, второй - для крупных сетей общего пользования и обслуживает до 150 тыс. вызовов в час при использовании платформы МЕА, до 500 тыс. вызовов в час при платформе АТСА. Важно отметить, что приведенные значения производительности серверов соответствуют нормам сетей общего пользования, в которых преобладают абоненты квартирного сектора. Показатели трафика в таких сетях заметно ниже, чем в технологических сетях. Поэтому требования к производительности серверов для сети ИЦТС отличны от тех, что приняты для сетей общего пользования.
Производительность сервера влияет на такой показатель как время установления соединения между абонентами. Оно, в свою очередь, зависит от расположения абонентов в сети. При нахождении абонентов в одной зоне обслуживание выполняется одним ТКС, если в разных - соединение проходит через два и более сервера.
Время установления соединения наиболее критично для абонентов оперативно-технологической связи.
Ранее, до появления ИЦТС, сети ОТС и ОбТС строились раздельно и обслуживание вызовов в них происходило независимо. В сети ИЦТС сервер обслуживает вызовы от абонентов всех сетей. Поскольку к времени установления соединения в сети ОТС предъявляются более высокие требования, возникает вопрос о том, нужно ли вводить приоритет в обслуживании вызовов? Он может быть организован за счет предусмотрения на входе сервера двух очередей: одной, приоритетной, для обслуживания вызовов от абонентов ОТС, другой - для вызовов от абонентов ОбТС.
Для ответа на этот вопрос была построена компьютерная модель, имитирующая работу сервера при обслуживании вызовов от абонентов ОбТС и ОТС с приоритетом и без приоритета. В модели было принято, что на сервер поступают вызовы от двух групп источников: от абонентов ОТС и ОбТС. К первой группе, прежде всего, относятся абоненты диспетчерских кругов. Вследствие малого числа абонентов в этой группе принят примитивный поток вызовов. Для второй группы принят простейший поток вызовов. Моделирование проводилось для зон обслуживания сети ОТС от 20 до 60 диспетчерских кругов и сети ОбТС от 250 до 4000 номеров.
При этом были использованы среднестатистические показатели: средняя длительность разговора в кругах диспетчерской связи 35 с, в сети ОбТС 90 с; интенсивность 20 выз/ч в одном круге диспетчерской связи; среднее время посылки вызова абоненту 10 с. При исследовании приоритетности рассматривался сервер, обрабатывающий один запрос по протоколу SIP в среднем за 10 мс. Кроме среднего времени ожидания обслуживания сервером Тож, была определена доля вызовов, поставленных на ожидание Сож.
Обслуживание вызовов без приоритета. Моделирование показало, что среднее время ожидания обслуживания Тож одинаково для первой и второй групп источников вызовов. Зависимость этого времени от числа диспетчерских кругов - N и интенсивности потока вызов в сети ОбТС - X показаны на рис. 1.


Можно заметить, что время Тож имеет почти линейную зависимость от интенсивности X и изменяется от 6,1 мс до 9,7 мс. Возрастание интенсивности 7 до 1000 выз/ч приводит к увеличению времени ожидания на 0,24 мс, что говорит об относительно небольшой зависимости Тож от X. Между временем ожидания и количеством диспетчерских кругов также наблюдается слабая зависимость. При изменении количества диспетчерских кругов от 20 до 60 время ожидания увеличивается на 0,2 мс при интенсивнсти1000 выз/ч и на 0,5 мс при 16 тыс. выз/ч.
Зависимость доли вызовов, поставленных на ожидание Сож, от X для 20, 40 и 60 диспетчерских кругов показана на рис. 2. Она имеет линейный характер и изменяется в пределах от 0,03 до 0,32. Причем доля вызовов, обслуживаемых без ожидания, заметно больше доли вызовов с ожиданием. Наблюдается слабая зависимость Сож от N. Так, при увеличении N от 20 до 60 и при интенсивности потока 16 тыс. выз/ч Сож возрастает только на 6 % .
Обслуживание вызовов с приоритетом. При всех значениях /. и N величина Сож для первой группы источников почти не менялась и в среднем составила 5,2 мс. Для второй группы величина Сож в зависимости от увеличения интенсивности X увеличилась на 2-3 % по сравнению с данными при обслуживании без приоритета.
Сравнивая наибольшие значения времени соединения в одной зоне при обслуживании с приоритетом и без него (55,2 и 59,7 мс) время соединения для абонентов ОТО в системе без приоритета увеличивается только на 8 %. Следовательно, система с приоритетом имеет лишь незначительное преимущество. Такой же вывод можно сделать и при обслуживании вызовов между абонентами двух и более зон.
Определим влияние среднего времени ожидания Тож на время соединения Тс при обслуживании вызовов без приоритета.
Время соединения Тс исчисляется от момента нажатия вызывающим абонентом кнопки прямого вызова до приема этого вызова терминалом вызываемого абонента. Будем считать, что у абонентов установлены IP-телефоны или мультисервисные пульты. Тогда время соединения складывается из времени формирования SIP-запроса в IP-телефоне вызывающего абонента Т3, среднего времени ожидания обслуживания Тож, среднего времени обработки запроса сервером То1, среднего времени обработки запроса в IP-телефоне вызываемого абонента То2, среднего времени задержки двух сообщений SIP типа Invite в сети Tin. При моделировании были приняты постоянными все длительности, кроме Т : Т = 20, То1 = 10, То2 = 15 и Tin = 5 мс.
В зависимости от числа серверов, участвующих в соединении, время соединения формируется как
L - Т3 + Т02 + + Tjn + Тож),
где К - число серверов, участвующих в соединении.
При установлении соединений между абонентами внутри одной зоны, когда вызовы обслуживает только один сервер ТКС, время соединения для зон разной емкости изменяется от 56,1 до 59,7 мс, а доля времени ожидания составляет 11 и 16 % соответственно. Если абоненты находятся в двух смежных зонах, вызовы обслуживаются двумя серверами и время ожидания обслуживания Тож удваивается. При этом время соединения Тс находится в пределах 67,2-84,4 мс, а доля времени ожидания 18-23 %. Если соединение между абонентами проходит через три зоны и в нем участвуют три сервера, время соединения Тс находится в пределах 98,3-109,1 мс, а доля времени ожидания 19-27 %. Таким образом, с увеличением количества зон сети, через которые проходит соединение, доля времени ожидания по отношению к времени соединения также увеличивается.
Теперь определим требуемую производительность серверов ТКС в сети ИЦТС. С этой целью проанализируем, как зависит время ожидания обслуживания Тож и доля ожидающих вызовов Сож от производительности сервера ТКС для разных по емкости (небольшой, средней и крупной сетей ОТС и ОбТС). Эти сети отличаются количеством диспетчерских кругов и количеством абонентов ОбТС. Данные показатели приведены в таблице. В ней также показана интенсивность вызовов, соответствующая количеству абонентов сети ОбТС.
Зависимость времени ожидания Тож и доли ожидающих вызовов Сож от производительности сервера Пс для сети ИЦТС разной емкости показана на рис. 3 и рис. 4 соответственно. Из графиков рис. 3 видно, что время ожидания мало меняется для небольшой, средней и крупной сетей при производительности сервера от 40 тыс. до 60 тыс. выз/ч и резко увеличивается при производительности менее 30 тыс. выз/ч. На графике рис. 4 можно заметить участки с небольшим и существенным изменением величины Сож. Заметное увеличение происходит в основном при производительности сервера менее 40 тыс. выз/ч.
Надо отметить, что на обслуживание вызовов сервером ТКС заметное влияние в сети ИЦТС оказывают перегрузки. Они могут быть вызваны разными причинами, в том числе возникающими в сервере ТКС. В час наибольшей нагрузки наблюдаются всплески потоков вызовов, направленных к серверам сети ИЦТС. Для борьбы с перегрузками заложен механизм ответа «503», изложенный в рекомендации RFC 3261 [4].
Суть этого механизма состоит в следующем. Если сервер обнаруживает перегрузку, то он передает в пункт источника вызова (клиенту) сообщение SIP типа «503». В протоколе SIP такое сообщение является ответом и имеет вид «503 Service Unavailable», означающее, что сервер не может в данный момент обслужить вызов вследствие перегрузки или проведения технического обслуживания. При этом сервер может указать, через какой интервал времени клиенту следует повторить запрос. Если повторная попытка не задана, клиент должен действовать так, как если бы он получил сообщение SIP типа «500» (Server Internal Error - внутренняя ошибка сервера).


Клиенту, получившему ответ «503», необходимо попытаться переслать запрос на установление соединения на резервный сервер. Такой запрос ему не следует пересылать на этот сервер в течение срока, указанного в ответе «503». Сервер может и отказаться от установления соединения без посылки ответа «503».
К сожалению, практика показала, что механизм ответа «503» имеет недостатки. Основной из них заключается в том, что этот механизм может существенно увеличивать нагрузку в сети, когда она уже и так перегружена, вызывая дальнейшее усугубление проблемы и даже создавая возможность длительного коллапса сети. Это явление возникает, когда используется больше одного сервера. При перегрузке клиент-сервер (сервер, генерирующий запрос на установление соединения) пересылает запрос на резервный сервер. Последний тоже может быть перегружен и при этом, пока он формирует ответ «503» для первого сервера, тот может сформировать еще один запрос. Таким образом, количество сообщений SIP в сети может многократно увеличиться. Исследования показали, что при передаче сообщений SIP по протоколу UDP количество запросов на установление соединений «INVITE» при перегрузке может
увеличиться в 7 раз [5]. Перегрузки будут меньше, если сообщения SIP передаются по протоколу TCP.
Чтобы уменьшить вероятность возникновения перегрузок в сети ИЦТС, необходимо предусматривать запас производительности серверов ТКС. Оценим, какая требуется производительность серверов для сетей разной емкости. Будем считать, что перегрузки маловероятны, если доля ожидающих вызовов Сож не превышает 30 %. Используя график зависимости доли ожидающих вызовов Сож от производительности сервера Пс (см. рис. 4), получим результаты, которые следует рассматривать как требование по минимальной производительности сервера. При этом требуемая производительность ТКС в сети ИЦТС составляет 27, 31 и 65 тыс. выз/ч соответственно для небольшой, средней и крупной сетей.

В заключение статьи можно сделать следующие выводы. Во-первых, время установления соединения между абонентами ОТС и ОбТС в сети ИЦТС меняется от 60 до 110 мс при количестве функционирующих серверов ТКС от одного до трех. Несмотря на то, что пока нет нормы на максимальное время установления соединения в сетях ОТС и ОбТС, тем не менее можно констатировать, что это время имеет достаточно малую величину.
Во-вторых, нет необходимости вводить обслуживание вызовов с приоритетом для абонентов ОТС, так как это не приведет к заметному уменьшению времени установления соединения.
В-третьих, для построения эффективной и соответствующей нормативным показателям функционирования сети ИЦТС определение требуемой производительности ТКС должно осуществляться на этапе проектирования с использованием конкретных исходных данных по емкости сети и показателям сетевого трафика.


СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Система технологической связи нового поколения / А.Н. Слюняев, С.В. Филиппов, И.Д. Блиндер, В.И. Баландин, М. Приятель//Автоматика, связь, информатика. 2014. № 4. С. 2-6.
2. Интегрированная цифровая система технологической связи / Д.В. Ананьев, И.Д. Блиндер, В.М. Исайчиков, А.Н. Слюняев//Автоматика, связь, информатика. 2016. № 1. С. 2-6.
3. Приятель М. Цифровизация технологической связи // Автоматика, связь, информатика. 2018. № 1. С. 35-38.
4. RFC 3261 : SIP : Session Initiation Protocol / J. Rosenberg, H. Schulzrinne, G. Camarillo, A. Johnston, J. Peterson, R. Sparks, M. Handley, E. Schooler. 2002. DOI : 10.17487/RFC3261.
5. Rosenberg J. Requirements for Management ot Overload in the Session Initiation Protocol: RFC 5390. 2008. URL: http://www. rfc-editor.org/rfc/rfc5390.txt.