REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Danes smo priča zelo hitremu razvoju telekomunikacijskih omrežij in storitev. Še posebej je v zadnjih letih
zelo napredoval razvoj brezžičnih omrežij. Tako se lahko na različnih tržiščih srečamo z različnimi
tehnologijami, ki omogočajo brezžično komuniciranje. Med brezžičnimi omrežji so v zadnjih desetih letih
še posebej hitro napredovala mobilna omrežja. Prvi dve generaciji mobilnih omrežij (NMT in GSM) sta bili
razviti predvsem za ponujanje govornih storitev, tretja generacija (UMTS) pa že prinaša tudi hitrejše
prenose podatkov. Podatke lahko uporabniki prenašajo tudi prek drugih brezžičnih tehnologij, med katerimi
sta najbolj razširjena Bluetooth in WLAN, ki običajno uporabljata fiksno omrežje za dostop do
hrbteničnega omrežja, kjer nove tehnologije kot sta xDSL in FTTx omogočajo uporabnikom višje hitrosti
za dostop do interneta.
Predvsem pri operaterjih, ki ponujajo storitve na fiksnih povezavah, lahko zasledimo pospešeno
migracijo hrbteničnih omrežij na IP protokol. Sledijo jim tudi mobilni operaterji. Tako lahko že govorimo
tudi o novih heterogenih omrežjih, ki bodo združevala več dostopovnih tehnologij in bodo uporabljala IP
hrbtenično omrežje.
Uporabniki imajo na voljo vse več storitev, ki jih bodo želeli uporabljati na kateremkoli omrežju. Danes
so že na voljo tehnike, ki omogočajo prehajanje med različnimi segmenti določenega omrežja. V prihodnje
pa bodo morali operaterji omogočati tudi prehode med različnimi dostopovnimi omrežji. Tehnike, ki
omogočajo uporabnikom prehajanje med različnimi segmenti istega omrežja ali med različnimi omrežji,
imenujemo upravljanje z mobilnostjo.
Upravljanje z mobilnostjo v homogenih omrežjih, torej v omrežjih, ki uporabljajo enako tehnologijo, je
danes že zelo dobro rešeno in tudi dobro deluje. Heterogena omrežja prihodnosti pa bodo podpirala več
različnih tehnologij, zato bo potrebno za izvajanje predaj zvez razviti terminale in storitve, ki bodo
sposobni nezaznavno prehajati med posameznimi dostopovnimi omrežji.
Predaja zveze se lahko izvaja na različnih slojih OSI modela, ki smo jih med seboj primerjali. Pri našem
delu smo se osredotočali predvsem na rešitve, ki bi jih lahko brez večjih posegov vpeljali v obstoječe
omrežje operaterja. Protokol SIP, ki deluje na aplikacijskem sloju, je že vpeljan v večini operaterskih okolij
in je bil tudi izbran kot glavni signalizacijski protokol v IMS arhitekturi. Ker uporablja aplikacijski sloj, je
SIP neodvisen od dostopovnih tehnologij, kar omogoča uporabo tudi pri gostovanjih v omrežjih operaterja,
ki ne ponuja SIP storitev, saj se omrežje, v katerem uporabnik gostuje, uporablja zgolj za dostop do
aplikacijskega strežnika v domačem omrežju. Zato smo izbrali SIP protokol za nadaljnje delo in razvoj
novih postopkov za upravljanje z mobilnostjo v heterogenih omrežjih.
Z migracijo na popolnoma IP omrežja, se vsi podatkovni tokovi združujejo v enem omrežju, zaradi
česar lahko ena storitev vpliva na drugo. To sicer ni problematično za aplikacije, ki nimajo velikih zahtev
glede kakovosti storitve (QoS), kot je npr. brskanje po internetu. Lahko pa ima negativen vpliv na časovno
kritične aplikacije (npr. govorne in video komunikacije). Takšne aplikacije zahtevajo vpeljavo mehanizmov
za zagotavljanje ustreznega nivoja QoS, če hočejo operaterji zagotavljati ustrezen nivo uporabniške
izkušnje (QoE). Pri našem delu smo za aplikacijo izbrali IP telefonijo, ki jo lahko uvrstimo med časovno
najbolj kritične aplikacije.
Z uvedbo IP telefonije morajo operaterji zaradi zagotavljanja varnostno-regulatornih zahtev v svoja
omrežja vpeljati elemente, ki vplivajo na arhitekturo rešitve. Običajno v svoje omrežje implementirajo
mejni krmilnik sej (SBC). Vpeljava elementa SBC v omrežje operaterja lahko vpliva na omrežno
arhitekturo, tako da ta ni več v skladu z osnovnimi principi SIP arhitekture. SBC, ki podpira SIP protokol,
običajno upravlja tako s signalizacijo kot tudi z medijskim (RTP) tokom.
Za aplikacije, ki tečejo v realnem času, kot je IP telefonija, je še posebej pomembno, da uporabljeno
omrežje lahko zagotavlja želen nivo QoS. To je še posebej pomembno pri prehajanju med heterogenimi
omrežji, kjer najbolj kritičen del procesa predaje zveze predstavlja odločitev, kdaj in če sploh predati zvezo
na drugo omrežje. Če bi bila odločitev za predajo zveze odvisna zgolj od razmerja SNR (kar je običajno v
homogenih omrežjih), bi uporabniški terminal izvedel predajo na ciljno omrežje vedno, ko bi razmerje
SNR preseglo določen prag. Kadar bi se zgodilo, da bi bila dostopovna povezava ciljnega omrežja med
postopkom predaje zveze preobremenjena, bi lahko uporabnik zaznal veliko poslabšanje delovanja storitve ali pa je sploh ne bi mogel več uporabljati. Zato smo razvili nov postopek CAHP, s katerim smo dosegli
učinkovitejše izvajanje predaje zvez, saj smo pri odločitvi za predajo upoštevali tudi stopnjo zasedenosti
ciljnega omrežja. Postopek deluje med katerima koli dostopovnima omrežjema. Pri našem delu smo zaradi
lažje predstavitve delovanja postopka CAHP izbrali omrežji WLAN in HSPA, med katerima smo izvajali
predaje zvez. Pri tem smo predpostavili, da se lahko preobremenitve pojavijo zgolj v WLAN omrežju.
Postopek CAHP vsebuje dva algoritma: Pre-probe in Mid-probe algoritem. Prvi je namenjen testiranju
obremenjenosti WLAN dostopovnega omrežja pred predajo zveze in se začne izvajati, ko je izpolnjen
osnovni pogoj, t.j. primerno razmerje SNR. Ker se lastnosti WLAN omrežja lahko spremenijo tudi med
uporabo tega omrežja, smo definirali drugi algoritem, imenovan Mid-probe algoritem, s katerimi
preverjamo obremenjenost omrežja tudi po predaji na WLAN omrežje. Postopek CAHP vsebuje več
parametrov, med katerimi imata na učinkovitost postopka zelo velik vpliv vrednosti parametrov Tpre in Tmid,
s katerima določamo preiodo pošiljanja sporočil SIP pre_PROBE ali SIP mid_PROBE, saj neposredno
vplivata na hitrost zaznavanja obremenitve omrežja in obremenitev omrežnih elementov. Pri našem
postopku smo definirali dva načina za nastavljanje teh dveh parametrov. Pri prvem, imenovanem CAHP-C,
parametra nastavljamo na konstantno vrednost. To pomeni, da bosta ves čas simulacije vrednosti
parametrov Tpre in Tmid konstantna in bomo za oba uporabljali isto prednastavljeno vrednost. Pri drugem,
imenovanem CAHP-A, pa se parametra adaptivno spreminjata. To pomeni, da vrednosti parametrov Tpre in
Tmid nastavljamo v odvisnosti od trenutne obremenjenosti WLAN omrežja.
Da bi analizirali in ovrednotili delovanje postopka CAHP, smo v simulacijskem orodju OPNET izdelali
simulacijski model. OPNET že omogoča simuliranje SIP telefonije, vendar ne podpira predaj zvez z
uporabo SIP protokola. Zato smo morali za izdelavo simulacijskega modela, s katerim smo analizirali in
ovrednotili postopek CAHP, razviti nekaj dodatnih funkcionalnosti in prilagoditev.
Za ovrednotenje delovanja predlaganega postopka CAHP smo definirali več scenarijev, ki smo jih
razdelili v tri simulacijske sklope. V prvem simulacijskem sklopu smo izvedli referenčni scenarij brez
uporabe postopka CAHP, s katerim smo pokazali, da lahko pride v obremenjenih omrežjih do velike
degradacije kakovosti storitve, če odločitev za predajo temelji zgolj na razmerju SNR. Veliko javnih
brezžičnih omrežij, ki so na voljo uporabnikom, omogoča priključitev več uporabnikov, kar lahko ima za
posledico občasne preobremenitve omrežja. Uporaba tovrstnih omrežij je največkrat brezplačna in tako
zanimiva tudi za uporabo IP telefonije, vendar pa običajno ne uporablja mehanizmov za zagotavljanje
kakovosti časovno kritičnim aplikacijam. Iz rezultatov simulacije referenčnega scenarija je razvidno, da se
je kakovost storitve ob preobremenitvah zelo zmanjšala. Zakasnitve so narasle tudi nad 1 s, kar je imelo za
posledico, da je bila storitev IP telefonije za uporabnika neuporabna. Zato je v bolj obremenjenih omrežjih
nujna uporaba mehanizmov za ugotavljanje obremenjenosti ciljnega omrežja. V drugem simulacijskem
sklopu smo izvedli ovrednotenje postopka CAHP-C. Ugotovili smo, da lahko s postopkom CAHP-C
dosegamo veliko boljše rezultate kot pri referenčnem scenariju. Vendar pa je bilo za doseganje najboljših
rezultatov potrebnih zelo veliko dodatnih signalizacijskih sporočil za preverjanje obremenjenosti, kar bi
lahko povzročilo težave v operaterskih okoljih, predvsem na elementu SBC. Da bi zmanjšali siganlizacijsko
režijo, smo definirali postopek CAHP-A. Učinkovitost postopka CAHP-A smo preverili na več scenarijih,
ki jih podajamo v tretjem simulacijskem sklopu. Med scenariji drugega in tretjega simulacijskega sklopa
smo poiskali scenarije z optimalnimi parametri na štiri različne načine. Pri vseh se je kot najprimernejši
pokazal postopek CAHP-A.
Ker smo v postopku uporabili SIP protokol za pošiljanje sporočil, s katerimi smo preverjali
obremenjenost omrežja, je takšen pristop popolnoma neodvisen od nižjih slojev (transportnega, omrežnega,
povezavnega in fizičnega). Zaradi neodvisnosti od protokolov, uporabljenih na nižjih slojih, je takšno
rešitev, v kolikor operater že ponuja storitev SIP telefonije, enostavno vpeljati v obstoječe operatersko
okolje, saj SBC in terminali že podpirajo SIP in jih zato ni potrebno prilagoditi. Ob uvedbi postopka CAHP
v omrežjih operaterja bi bilo potrebno zgolj nadgraditi programsko opremo na uporabniških terminalih ter
na elementu SBC pri operaterju. Zaradi uporabe SIP protokola lahko v odločitev vključimo tudi druge
podatke, ki jih posreduje SIP strežnik (npr. nastavitve uporabnika). Če bi za preverjanje obremenjenosti
omrežja uporabili nižje sloje, bi to pomenilo večji poseg v aplikacijo oz. razvoj ločene, povsem nove
aplikacije. Izvajanje meritev zakasnitve paketov z drugimi protokoli bi onemogočale tudi varnostne
nastavitve na SBC, kjer je običajno dovoljen promet zgolj na vrata, ki jih uporabljata protokola SIP in RTP.
Podobne varnostne omejitve veljajo tudi za LAN omrežja pri uporabniku.
Zaključimo lahko, da z upoštevanjem v disertaciji predstavljenih izvirnih prispevkov bistveno
izboljšamo nivo QoE med predajami v heterogenih omrežjih in pri tem minimiziramo obremenitev naprav
v operaterjevem okolju.