Моделирование сервисов Push-to-Talk в реальном времени в архитектуре IMS
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный университет
им. академика Е. А. Букетова
Балтабаев К. Е.
Моделирование сервисов Push-to-Talk в реальном времени в архитектуре IMS
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Специальность 5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Караганда 2020
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный университет
им. академика Е. А. Букетова
«Допущен к защите»
Зав. кафедрой
радиофизики и электроники
А. К. Тусупбекова
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Моделирование сервисов Push-to-Talk в реальном времени в архитектуре IMS
по специальности 5В071900 - «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»
Выполнил: К. Е. Балтабаев
Научный руководитель
Профессор К. Т. Ермаганбетов
Караганда 2020
Карагандинский государственный университет
им. академика Е. А. Букетова
Факультет физико-технический
Специальность 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Кафедра радиофизики и электроники .
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой
«» 2019г.
ЗАДАНИЕ
на выполнение дипломной работы
Студенту Балтабаеву К. Е. .
Ф. И. О.
3 курс, РТК-304 с/п, 5В071900 - РЭТ, заочное .
курс, группа, специальность, форма обучения
1. Тема дипломной работы (проекта) "Моделирование сервисов Push-to-Talk в реальном времени в архитектуре IMS"
утверждена приказом ректора от «» 2019 г. №
2. Срок сдачи студентом законченной работы «21» апреля 2020 г .
3. Исходные данные к работе (законы, литературные источники, лабораторно-производственные данные) Объект исследования - сервис Push-to-Talk в сотовой связи. Язык моделирования GPSS.
4. Перечень вопросов, подлежащих к разработке в дипломной работе (проекта) 1. Инфокоммуникационные услуги как объект моделирования. 2. Алгоритм услуги Push-to-Talk в архитектуре IMS. 3. Разработка программной модели услуги Рush-to-Тalk на GPSS. 4. Безопасность жизнедеятельности (определение потенциально вредных для здоровья факторов, расчет искусственного освещения, анализ пожарной безопасности и т. д. ) .
5. Перечень графических материалов (чертежи, таблицы, диаграммы и т. д. )
Архитектура IMS, Логическая структура декомпозиции шлюза в IMS, Обобщенная схема PoC сети, Схема обслуживания заявок.
6. Перечень основной рекомендуемой литературы Боев В. Д. «Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World». - Санкт - Петербург, 2004, 668 с., Д. Н. Шевченко, И. Н. Кравченя «Имитационное моделирование на
GPSS». - Гомель, 2007, 810 с., Кудрявцев Е. М. «GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем». - ДМК Пресс, 2004, 647 с.
7. Консультации по работе (с указанием относящихся к ним разделов работы)
Задание принял
(подпись)
8. График выполнения дипломной работы (проекта)
Дата выдачи задания « 24 » октября 2019г.
Научный руководитель к. т. н., профессор Ермаганбетов К. Т.
(подпись) Ф. И. О., ученое звание, должность
Задание принял к исполнению Балтабаев К. Е.
(подпись) Ф. И. О.
Содержание
Нормативные ссылки
Рекомендации МСЭ
Е. 412 - Качество обслуживания, управление сетью и расчет трафика - Управление сетью - Управление международной сетью. - Команды управления сетью.
F. 435 - Служба обработки сообщений. Общая эксплуатация и определение службы. - Службы обработки сообщений: служба передачи сообщений электронного обмена данными.
F. 440 - Служба обработки сообщений. Общая эксплуатация и определение службы. - Службы обработки сообщений: служба обмена речевыми сообщениями.
I. 464 - Общесетевые аспекты и функции, интерфейсы «пользователь-сеть» ЦСИС. - Мультиплексирование, согласование скоростей передачи и поддержка существующих интерфейсов для возможности передачи на 64 кбит/с с ограничением.
I. 555 - Интерфейсы Internetwork. - Взаимодействие служб доставки информации с эстафетной передачей кадров.
Q. 1208 - Коммутация и сигнализация. - Интеллектуальная сеть связи. - Общие аспекты прикладного протокола интеллектуальной сети связи.
Х. 247 - Сети передачи данных и взаимосвязь открытых систем. - Взаимодействие открытых систем - проформы PICS. - Информационная технология - взаимодействие открытых систем - спецификация протокола сервисного элемента управления ассоциацией: проформа заявки на соответствие реализации протоколу (PICS) .
Х. 419 - Сети данных и связь открытых систем. - Системы обработки сообщений. - Информационная технология - системы обработки сообщений (СОС) : спецификации протоколов.
Х. 500 - Сети передачи данных и взаимосвязь открытых систем. - Справочник. - Информационная технология - взаимосвязь открытых систем - справочник: обзор концепций, моделей и услуг.
Х. 790 - Сети передачи данных и взаимосвязь открытых систем. - Административное управление OSI. - Функции управления устранением неисправностей для применение МСЭ-Т.
Х. 811 - Сети данных и взаимосвязь открытых систем. - Безопасность. - Информационная технология - Взаимосвязь открытых систем - структуры безопасности для открытых систем: структура аутентификации.
Определения
EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) - цифровая технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над 2G и 2. 5G (GPRS) сетями. Эта технология работает в TDMA и GSM сетях. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации и усовершенствования. На основе EDGE могут работать: ECSD - ускоренный доступ в Интернет по каналу CSD, EHSCSD - по каналу HSCSD, и EGPRS - по каналу GPRS. EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.
GPRS (General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего назначения) . GPRS - это стандарт беспроводной высокоскоростной связи, позволяющий обмениваться пакетными данными, например, электронной почтой или информационным наполнением web-сайтов, по беспроводным телефонным сетям и Интернету. Технологию GPRS часто называют технологией поколения 2, 5 (2. 5G) (по аналогии с технологией беспроводной связи первого поколения (1G), применявшейся для связи аналоговых сотовых телефонов, а также технологией беспроводной связи второго поколения (2G), которая применяется в цифровых мобильных телефонах) . Поддержка технологии GPRS реализована не только в мобильных телефонах: мобильные ПК также могут быть оборудованы адаптером GPRS, обеспечивающим подключение к Интернету.
MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) - технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами. Передающие и приёмные антенны обычно разнесены настолько, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.
SGSN (Serving GPRS Support Node, узел обслуживания абонентов GPRS) - основной компонент GPRS-системы по реализации всех функций обработки пакетной информации. SGSN можно назвать аналогом коммутатора MSC сети GSM.
UMTS - универсальная система мобильной связи (Universal Mobile Telecommunications System, УСМС) - технология сотовой связи, относящаяся к поколению 3G. В качестве способа передачи данных через воздушное пространство используется технология W-CDMA: стандартизованный в соответствии с проектом 3GPP ответ европейских учёных и производителей на требование IMT-2000, опубликованное Международным Союзом Электросвязи как набор минимальных критериев сети сотовой связи третьего поколения 3G.
Обозначения и сокращения
LTE - Long Term Evolution (мобильный протокол передачи данных) .
WiMax - Worldwide interoperability for Microwave Access (всемирная совместимость при высоком частотном доступе) .
HSPA - High Speed Packet Access (высокоскоростная пакетная передача данных) .
GSM - Global System for Mobile communication (глобальная система мобильной связи) .
CDMA - Code Division Multiple Access (множественный доступ с кодовым разделением) .
Wi-Fi - Wireless Fidelity (достоверность данных, международная организация по сертификации на совместимость стандартов 802. 11) .
QoS - Quality of Service (качество обслуживания) .
LAN - Local Area Network (локальная вычислительная сеть) .
HSDPA - High Speed Downlink Packet Access (высокоскоростной пакетный доступ в нисходящем канале) .
UMTS - Universal Mobile Telecommunications System (универсальная vобильная телекоммуникационная cистема) .
WCDMA - Wideband Code-Division Multiple Access (широкополосный множественный доступ с кодовым разделением) .
CDMA - Code Division Multiple Access (множественный доступ с кодовым разделением) .
3GPP - third generation partnership project (проект партнерства третьего поколения) .
OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing (ортогональное частотное мультиплексирование) .
FDD - Frequency Division Duplex (разделение каналов по частоте) .
TDD - Time Division Duplex (временное разделение каналов) .
VoIP - Voice and Internet Protocol (голосовой и интернет протоколы) .
ITU - International Telecommunication Union (международный союз электросвязи) .
MIMO - Multiple Input Multiple Output (множественный вход - множественный выход, технология антенных систем) .
SAE - System Architecture Evolution (эволюция архитектуры системы, архитектура сети LTE) .
QPSK - Quadrature Phase-Shift Keying (квадратурная фазовая модуляция) .
NAP - Network Access Provider (провайдер сети доступа) .
MAC - Medium Access Control layer (уровень управления медиадоступом) .
UE - User Equipment (пользовательское оборудование) .
UGS - Unsolicited Grant Service (доступ к каналу без запроса) .
БС - базовая станция.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы дипломной работы. Сегодня развитие мирового рынка коммуникаций происходит в значительной степени благодаря новейшим интернет-сервисам, чей стремительный подъём оказался малоприятным сюрпризом для телеком-операторов, традиционно медленно реагирующих на меняющийся спрос потребителей. В ситуации, когда SMS/MMS и звонки уступают первенство бесплатным многофункциональным и удобным в использовании мобильным приложениям (Skype, WhatsApp, Telegram, WeChat, приложения социальных сетей), мобильные операторы и Интернет-провайдеры должны найти какой-то выход, чтобы не потерять своих клиентов, ведь конкуренция со стороны широкомасштабных всемирно известных транснациональных интернет-компаний Google, Facebook, Apple, Tencent поистине серьёзна и носит глобальный характер. Данное обстоятельство усугубляется тем, что операторы связи, прекрасно осознавая происходящее, помогают поставщикам бесплатных сервисов, предоставляя к Интернету и к приложениям, работающим поверх него, безлимитный широкополосный доступ по фиксированным тарифам и поддерживая тем самым тенденции так называемого сервисного коммунизма, идущего вразрез с главной задачей любого оператора - получением прибыли и увеличением показателя среднего дохода с одного абонента ARPU. Приложения работают в различных сетях (Wi-Fi, LTE, 3G), однако для самих абонентов технологии доступа к услугам и методы из доставки не представляют особенный интерес в отличие от соотношения цена/услуги коммуникаций. Даже качество для многих пользователей не играет роли: они готовы мириться с плохим качеством услуг в угоду цене, и яркий пример тому - интернет-телефония типа Skype и Viber. Из-за сформированных предпочтений абонентов к определённым сервис-провайдерам Telco операторам довольно трудно завоевать позиции на сервисном рынке, что отражается на их выручке, темпах роста клиентской базы, неуклонно уменьшающейся из года в год. В этих условиях единственный выход для операторов видится в переходе от сложившегося пакета базовых услуг к диверсификации новых мультисервисных услуг за счёт разработки и усовершенствования дополнительных сервисов. Самодостаточные и автономные серверы услуг способны решать такие задачи, как организация логики услуги, авторизация абонентов, хранение данных, тарификация и т. д., однако рост количества услуг требует ответного увеличения количества серверов. В связи с этим растёт число дублирующихся в узлах одинаковых функций и возникает необходимость в единой стандартизированной универсальной платформе, обеспечивающей быстрое внедрение, предоставление услуг и их модификацию. Такой платформой, являющейся логическим продолжением концепции NGN, стала подcистема мультимедийных услуг IMS, призванная обеспечить конвергенцию услуг, сетей и имеющихся технологий связи, а также реализацию новых бизнес-моделей предоставления услуг, подразумевающих как сохранение привычных для оператора функций, связанных с биллингом и техническим обслуживанием сети, так и делегирование нехарактерных для оператора функций по генерации новых видов сервисов и поддержанию контента сторонним разработчикам и сервис-провайдерам, специализирующимся на этой деятельности.
Хотя спрос на такие услуги на сегодняшний день не является значительным и не играет решающей роли в сложившейся ситуации, а сами предоставляемые услуги являются достаточно сложными как с точки зрения их подключения, так и с точки зрения использования, будущее именно за ними. Поэтому тема дипломной работы, посвященной моделированию услуг IMS является безусловно актуальной .
Оценка современного состояния решаемой научной проблемы . Технология Push-to-Talk (PTT), реализованная на базе GPRS, позволяет связываться одновременно с целой группой собеседников одним нажатием кнопки. Поддерживается и возможность вызова только одного абонента. При этом если рация работает, как правило, на довольно ограниченной территории, то у абонентов Push-to-Talk есть возможность пользоваться сервисом не только в масштабе всей сети оператора, но и в других сетях компаний, поддерживающих с предоставляющим PTT оператором GPRS-роуминг.
Услуга Push-to-Talk предназначена в первую очередь для передачи коротких сообщений, которые, в большинстве случаев, не превышают и 5-10 секунд, связь по Push-to-Talk - это background activity, передача информации, которая носит «взрывной» характер (между посылкой нескольких сообщений, как правило, возникает продолжительная пауза), ресурсы сети при этом используются только для отправки сообщений.
Услуга Push To Talk ориентирована как на корпоративных клиентов - на курьерские службы, компании, занимающиеся перевозками, строительные организации, так и на массовый рынок. Функции портативной рации, предоставляющие возможность связаться одновременно с несколькими людьми, призваны экономить не только время, но и деньги.
В последнее время получило распространение использование PTT в IP-сетях. Основной причиной этому послужила лёгкость организации передачи аудиосигнала точка-мультиточка (point-to-multipoint) для системы PTT. За счёт этого легко организуются отдельные группы, когда говорящего слышат все участвующие в данной группе пользователи.
Практическая значимость дипломной работы . Используя моделирование при проектировании или реинжиниринге вычислительной системы, мы можем сделать следующее:
• оценить пропускную способность сети и ее компонентов, определить узкие места в структуре вычислительной системы;
• сравнить различные варианты организации вычислительной системы;
• осуществить перспективный прогноз развития вычислительной системы;
• предсказать будущие требования по пропускной способности сети, используя данные прогноза;
• оценить требуемое количество и производительность серверов в сети;
• сравнить различные варианты модернизации вычислительной системы;
• оценить влияние на вычислительную систему модернизации ПО, мощности рабочих станций или серверов, изменения сетевых протоколов.
Исследовательская новизна дипломной работы . Научная новизна работы заключается в разработке аналитических моделей процесса предоставления услуги речевой связи в IMS, отличающихся от известных моделей этапом переадресации на дополнительные серверы и платформы, не являющиеся структурными элементами IMS соединения. В результате работы над темой разработана имитационная модель услуги Push to Talk на языке GPSS.
Целью данной дипломной работы является создание программной имитационной модели, задачей которого будет сбор статистических данных услуги Push to Talk для расчета эффективности ее работы при разных нагрузках в сети.
Исходя из цели дипломной работы, можно выявить следующие задачи :
- рассмотреть теоретические аспекты концепции IMS: предпосылки её появления, архитектуру, протоколы поддержки и стандартные интерфейсы IMS;
- изучить международные нормативные стандарты;
- рассмотреть существующие услуги IMS и основные средства описания услуг, технические аспекты формирования услуг;
- разработать программную модель услуги реального времени Push-to-Talk;
- провести расчет вероятностно-временных характеристик;
- сравнить результаты ручных расчетов и результатов моделирования;
- отобразить обеспечение охраны труда, техники безопасности.
Теоретической и методологической основой исследования послужили рекомендации и стандарты Международного консультационного комитета по телефонии и телеграфии, консорциума 3GPP, TISPAN, специальная отечественная и зарубежная техническая литература, данные глобальной сети Интернет. Наибольший вклад в описание принципов построения IMS внесли такие учёные, как Гольдштейн Б. С., Гойхман В. Ю., Росляков А. В., Кучерявый А. Е., Деарт В. Ю. Из зарубежных авторов несомненно следует отметить Андре Перез, Миика Поикселка, Сан Лингфена, Ребекку Коуплэнд.
Практическая основа дипломной работы . При проведении научно-исследовательской работы по теме дипломного проекта использованы научные направления, основанные на следующих основных исследовательских методах [16-18] :
- аналитическо-поисковые методы исследования;
... продолжениеВы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
