|
ISSN 0013-5771. "Электросвязь", №12, 2007 (http://www.elsv.ru)
А.И. Парамонов, начальник сектора ЛОНИИС, к.т.н.
А.Е. Кучерявый, советник генерального директора ЦНИИС, д.т.н.
МИГРАЦИЯ РЕЧЕВОГО ТРАФИКА В СОВРЕМЕННЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ
Введение. Вопросы миграции речевого трафика впервые возникли и были изучены в начале широкого внедрения сотовых сетей подвижной связи [1]. В настоящее время появились новые технологии для передачи речи поверх WiFi (VoWiFi). Справедливее их было бы назвать VoWLAN, поскольку стандарты группы IEEE 802.11 действительно определяют беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network), a WiFi представляет лишь один из стандартов этой группы - IEEE 802.1 l.b. Кроме того, широко применяется передача речи с использованием технологии peer-to-peer (Р2Р). Все это вместе приводит к появлению нового алгоритма миграции речевого трафика в современных сетях связи. Его определению и посвящена настоящая статья.
Представления о миграции речевого трафика. На рис. 1 изображен действующий алгоритм миграции речевого трафика. За годы существования телефонной сети связи общего пользования (ТфОП) достаточно хорошо изучены ее характеристики. Так, в цифровой ТфОП средняя интенсивность нагрузки (исходящей и входящей) на одного абонента определяется как у = 0,1 Эрл [2]. Следует заметить, что это значение, полученное в результате многолетних статистических наблюдений, показывает сколько времени человек в среднем может потратить на услугу по передаче речи. Именно эта нагрузка и является объектом миграции трафика между сетями телекоммуникаций.
В течение уже более десяти лет происходит миграция речевого трафика из ТфОП в сотовые сети стандартов 2G и 2.5 G. Численные характеристики миграции определены в [1]. В свою очередь, с появлением технологий 3G наблюдается миграция трафика из сетей 2 - 2.5G в 3G. Численные оценки этого направления миграции, прогноз роста численности абонентов 3G и перераспределение абонентов между сетями различных поколений приведены на рис. 2 [3].
Какая-то часть речевого трафика цифровой ТфОП будет мигрировать из нее непосредственно в 3G. Сегодня для точной оценки этого процесса недостаточно статистических данных, хотя вполне корректным выглядит предположение, что у не превысит 0,015 Эрл. Заметим, что с точки зрения распределения средней интенсивности нагрузки ТфОП значение у = 0,015 Эрл находится в пределах естественных колебаний, поскольку в соответствии с [4] а(у) = у.
Помимо существующей уже достаточно длительное время миграции речевого трафика из ТфОП в сотовые сети, происходит и миграция в NGN (Next Generation Network) -преемницу ТфОП в виде пакетной сети связи общего пользования, а также в соединения Р2Р.
На рис. 3 представлен прогноз по данным [5] изменения доли пользователей широкополосного доступа, использующих услуги Р2Р для местной и междугородной связи. Как видим, не только при междугородной и международной связи, но и при предоставлении услуг местной связи применение Р2Р растет. Известно, что услуги Р2Р предоставляются в пакетных сетях специально разработанными для этого приложениями, имеющими архитектуру клиент-сервер. Для получения услуг Р2Р в терминалах должна быть установлена клиентская часть приложения, взаимодействующая с сервером (серверами) сети. В последнее время, в связи с учетом существенно возрастающей доли Р2Р, серверы и соответствующая клиентская часть предоставляется не только Интернет-провайдерами Skype, Google Talk и др., но и традиционными операторами телекоммуникаций, например, British Telecom. Последние, являющиеся также и операторами NGN, предпринимают технологические шаги, ограничивающие миграцию трафика из ТфОП в другие направления, наделяя концепцию NGN такими свойствами как предоставление услуг Р2Р.
Передача речи поверх WiFi. Стандарты IEEE 802.11 изначально были ориентированы на предоставление доступа к Интернету с достаточно большой скоростью. Так, в наиболее распространенном стандарте IEEE 802.11b (WiFi) предельная скорость передачи составляет 11 Мбит/с. Разрабатывается стандарт IEEE 802.1 In, предельная скорость передачи для которого составит 108 Мбит/с. Как видим, проблемы доступа в Интернет с помощью WLAN решаются, причем с обеспечением вполне достаточной широкополосности.
Вместе с тем, число пользователей беспроводного широкополосного доступа в Интернет сегодня весьма ограничено. В мире существуют лишь около 60 млн. компьютеров, оснащенных картами WiFi. В то же время число сотовых телефонов превышает 3 млрд. Естественно, что производители современных технических средств телекоммуникаций обратили внимание на возможность использования WiFi, а в более широком смысле и WLAN для передачи речи.
В настоящее время на рынке WiFi телефонов присутствуют как собственно WiFi телефоны (например, Netgcar - для работы со Skype, Alpha Networks - для работы с Google Talk), так и интегрированные WiFi/сотовые телефоны (Nokia, НТС).
На взгляд авторов, наиболее важным является то, что прирост рынка WiFi телефонов в настоящее время превышает 100% в год [6]. При этом постоянно снимаются технологические ограничения, связанные ранее с проблемой бесшовного хэндовера между операторами WiFi или совместимости с другими операторами. Действительно, с применением протоколов Mobile IPV4, или в будущем Mobile IPV6, проблема бесшовного хэндовера при переходе пользователя от одного оператора WiFi к другому принципиально разрешима.
В проекте стандарта IEEE 802.21 предусмотрена реализация бесшовного хэндовера как внутри стандартов IEEE 802.11, так и при взаимодействии между собой IEEE 802.3, IEEE 802.11, IEEE 802.15 и IEEE 802.16, а также между IEEE 802.хх и сотовыми сетями стандартов 3GPP и 3GPP2. На рис.4 приведена архитектура стандарта IEEE 802.21, ключевую роль в котором играет функция Media Independent Handover - МШ-хэндовера, независимого от типа беспроводного доступа. Функция MIH реализуется между вторым и третьим уровнями модели взаимодействия открытых систем.
Итак, если еще и существуют технологические проблемы при передаче голоса поверх WLAN, то они будут решены в ближайшее время. Возникает вопрос: как широкое распространение VoWiFi может повлиять на представление о миграции трафика? Для ответа на него изучим поведение пользователя при его перемещении. |
 |
Функция распределения скорости перемещения пользователя. Скорость перемещения пользователя во многом определяет выбор технологии на уровне абонентского доступа, способной обеспечить непрерывность и требуемое качество связи.
Траектория перемещения абонента также влияет на выбор технологии и функциональности сети связи. Если траектория перемещения абонента пересекает зону покрытия сели, то возникает необходимость услуги роуминга с другими сетями связи. Зависимость вероятности применения услуг связи от скорости перемещения и траектории позволяет оценить эффективность использования функций сети, обеспечивающих связь с подвижными абонентами и функций роуминга.
|
Рассмотрим характеристики скорости перемещения абонента. Будем полагать, что сеть обслуживает достаточно многочисленную группу абонентов и что абоненты ведут себя независимо друг от друга. Абонентами являются жители города или некоторого населенного пункта. С достаточной степенью уверенности можно предположить, что скорость перемещения абонентов в значительной степени определяется характером и распорядком жизни в рассматриваемом регионе. Модель, характеризующая скорость перемещения абонентов, может быть представлена распределением вероятности скорости абонента и его параметрами.
Априорно можно предположить, что в некоторый момент, или на протяжении достаточно короткого интервала времени, одна часть абонентов неподвижна, другая перемещается с относительно низкой скоростью (пешеходы), третья - со средней скоростью (автомобили и городской транспорт), а четвертая движется с относительно высокой скоростью (междугородный транспорт, скоростные автомагистрали и т.п.).
Выделим три группы абонентов: первую, в которую входят абоненты со скоростью перемещения от 0 до 5 км/ч, вторую -со скоростью более 5 и менее 30 км/ч, и третью - более 30 км/ч. Будем полагать, что абоненты, входящие в эти группы, движутся независимо как внутри каждой из групп, так и между группами.
Очевидно, что в первую группу войдут абоненты, расположенные в помещениях, домах, офисах или производственных помещениях, и пешеходы, находящиеся вне помещений. Вторая группа состоит из водителей и пассажиров автомобилей, включая городской автотранспорт, так как по статистическим оценкам средняя скорость автомобиля в городских условиях составляет 20-30 км/ч [7]. В третью группу войдут пассажиры и водители автомобилей и автотранспорта, движущегося по междугородным и другим скоростным магистралям, средняя скорость которых превышает 30 км/ч.
Рассмотрим в качестве примера город с населением 4,5 млн. человек. На его улицы ежедневно выезжают 600 тыс. автомобилей [8]. Число пассажиров, включая водителя, по данным [8] составляет 1,7 человек из расчета на 1 автомобиль. Полагаем, что из этого числа автомобилей 85% движутся по улицам города, 15%о - по автомагистралям. С учетом [7], примем среднюю скорость движения по городским улицам равной 25 км/ч, а по автомагистралям - 80 км/ч. В среднем, по данным [2] для ряда европейских стран автомобиль проходит за 1 день 65,5 км. При средней скорости движения 25 км/ч время, в течение которого автомобиль находится в движении, составляет 2,2 ч в сутки. Число пассажиров, перевозимых общественным городским транспортом, в среднем составляет 1,68 млн. [9]. Полагаем, что пассажир также проводит в транспорте 2,2 ч. С учетом изложенного можно составить таблицу.
|
В работах, посвященных моделированию подвижности абонентов в сетях мобильной связи, для описания скорости абонентов используют усеченное нормальное распределение вида [10]:
  f (x)=k
где k=
При условии независимости рассматриваемых групп, результирующее распределение можно представить как смесь распределений:
g(x) = p1f1(x)+p2f2(x)+p3f3(x)
где Р1,P2,Рз - вероятность попадания в группу (см. таблицу); f1(x), f2(x), f3(x) - плотность распределения вероятности для соответствующей группы, определяемая (1), со своими значениями средней скорости т и среднеквадратического отклонения а.
Результирующая функция плотности распределения (эмпирическое и теоретические распределения скорости) приведена на рис. 5. При большом числе групп результирующее распределение должно стремиться к нормальному (усеченному). Однако в реальной ситуации наиболее вероятна ситуация, рассмотренная выше, когда группы абонентов существенно отличаются по скорости перемещения.
Полученный результат показывает, что есть веские основания считать, что скорость перемещения подавляющего числа абонентов укладывается в рамки скорости пешехода.
 
 Новое представление о миграции трафика. На рис. 6 приведен алгоритм миграции графика, разработанный на основе анализа перспектив внедрения Р2Р и беспроводного широкополосного доступа. Как видим, речевой трафик ТфОП возможно изменит основное направление миграции от сотовых сетей к сетям беспроводного доступа. Кроме того, будет наблюдаться миграция трафика сотовых сетей стандартов 2-2.5 G и 3G в сети беспроводного широкополосного доступа. С учетом вида функции распределения скорости перемещения пользователей, можно предполагать, что в сети беспроводного широкополосного доступа мигрирует более 50% речевого трафика сотовых сетей.
Выводы. 1. В связи с быстрым развитием передачи речи с использованием Р2Р и передачи поверх WLAN (в настоящее время VoWiFi) изменяются направления миграции речевого трафика.
2. К 2012 г. доля абонентов широкополосного доступа, применяющих Р2Р для междугородной и международной связи, возрастет до 34,4 %, а для местной составит более 7%.
3. Миграция речевого трафика из цифровой ТфОП изменит свое основное направление от сотовых сетей к беспроводным сетям широкополосного доступа. Одновременно в сети широкополосного беспроводного доступа мигрирует более 50% речевого трафика сотовых сетей.
4. Для сохранения и/или приумножения клиентской базы традиционные операторы телекоммуникационных сетей могут использовать возможности по предоставлению услуг Р2Р и VoWiFi.
ЛИТЕРАТУРА
- Koucheryavy A., Lee К.О., Nesterenko V., Paramonov F. Impact of Mobile Telecommunication Networks Expansion on the Voice Traffic in Fixed Public Telecommunication Networks// The 3rd International Conference on Advanced Communication Technology. ICACT-2001. Proceedings, Muju Resort. - Korea. - February 8-10, 2001.
| |
