Оцінка параметрів неоднорідного вхідного потоку у телекомунікаційних мережах

Аналіз отриманих даних. Структура трафіку представлена на рисунках 3.2 і 3.3. Отримані експериментальні дані записані по протоколах FR, FТР, FТР DАТА, НТТР, IСМР SМТР WАР, WАЕ, WTР, WSР, представлені у вигляді графіків на рисунках 2.21-2.30.

 

Рисунок 3.2 - Статистичні характеристики вхідних трафіків

Рисунок 3.3 - Статистичні характеристики вихідних трафіків

 

Як видно з діаграм, GPRS-трафік в основному визначається наступними протоколами: FR, НТТР, IСМР і WАР (IР, ТСР  і UDР в даному випадку не розглядаються), про що свідчать об'єми переданих  даних.

Основний об'єм даних доводиться на протокол мережевого рівня Frame Relay, який складає більше 70% отриманих трафіків. З об'єму трафіку НТТР можна  сказати, що користувачі послугами GPRS в основному користуються GPRS Інтернетом, а не GPRS WАР, про що свідчать об'єми  отриманих даних.

На рисунку 3.4 представлений той, що входить і витікаючий трафіки Frame Relay, звідки видно, що об'єм трафіку, що входить, перевищує об'єм витікаючого в 1,8 разу, при цьому не враховуються об'єми інших трафіків. Пікове значення складає 455834 біт/с, що оцінено за допомогою спеціального пакету програм. Середнє значення показника Херста складає 0,678 (DL) і 0,678 (UL), що показує наявність самоподобной структури FR-трафіку.

Рисунок 3.4 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки Frame Relay

 

На рисунку 3.5 представлений трафік FTP DATA (DL). Витікаючий трафік у вимірах був відсутній. Це означає, що отримані дані по протоколу FTP DАТА чисто асиметричний і інформація по протоколу FТР передається тільки абонентові в напрямку "вниз".

Рисунок 3.5 - Вхідний трафік FTP DATA

 

На рисунку 3.6 представлені вхідний і вихідний трафіки FTP відповідно. Статистичні характеристики трафіку FTP приведені в таблиці 3.1. Середнє значення показника Херста складає 0,6768 для вхідного і 0,6478 для вихідного трафіків, що також свідчить про наявність самоподібних властивостей FTP-трафіку в GPRS.

Рисунок 3.6 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки FTP

 

Таблиця 3.1 – Основні показники досліджуваних трафіків

Досліджуваний трафік	Число точок	Максимальне значення, біт/с	Середнє значення, біт/с	Мінімальне значення, біт/с	Об'єм даних, біт	Об'єм даних, %
IP (DL)	86211	310840	23782	0	2009950064	34
IP (UL)	86211	86896	10038	0	751805112	40
TCP (DL)	86203	310840	24474	0	1843558480	31,5
TCP (UL)	86203	84808	8759	0	625773592	33
UDP (DL)	86206	90184	1010	0	76686056	1,3
UDP (UL)	86206	65960	1034	0	83392760	4,4
FR (DL)	86214	455834	120177	0	1403360648	24
FR (UL)	86214	161372	19453	0	343780704	18
FTP (DL)	86216	3160	135	0	289392	0,005
FTP (UL)	86217	2720	90,5	0	189872	0,01
FTP DATA (DL)	86218	35792	546	0	721608	0,01
HTTP (DL)	86220	206496	14392	0	502352568	8,6
HTTP (UL)	86221	60848	1573	0	80361736	4,2
ICMP (DL)	86225	14392	119	0	9788104	0,1
ICMP (UL)	86225	17200	104	0	8518312	0,4
SMTP (DL)	86225	17120	258	0	2622912	0,04
SMTP (UL)	86227	19752	130	0	1325768	0,07
WAP (DL)	86227	47680	800	0	9211600	0,15
WAP (UL)	86228	38696	363	0	4184856	0,2
WAE (DL)	86228	12456	163	0	381336	0,006
WAE (UL)	86229	1768	0,75	0	1768	0,0001
WSP (DL)	86229	25616	291	0	2097736	0,035
WSP (UL)	86229	19080	56	0	401520	0,02
WTP (DL)	86230	25616	222	0	1811528	0,03
WTP (UL)	86230	24272	111	0	908848	0,05
Загальний об'єм	86230	2139398	228081	0	7763476880	100 (DL) 100 (UL)

 

На рисунку 3.7 представлений вхідний та вихідний НТТР-трафіки. Протокол мережевого рівня НТТР передає web-сторінки (текстові файли з розміткою НТМL) практично в асиметричній послідовності "запит-відповідь", про що свідчать статистичні характеристики (дивись рисунки 3.2 і 3.3) НТТР-трафіку, які складають 26% об'єму вхідного і 18% вихідного трафіків відповідно.

Рисунок 3.7 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки НТТР

 

На рисунках 3.8 і 3.9 представлений вхідний і вихідний  IСМР - і SМТР- трафіки. Із статистичних характеристик графіків (дивись таблицю 3.1) видно, що абоненти, виходячи в Інтернет, в основному користуються електронною поштою, яка передається по складових поштового мережевого сервера, використовуючи протоколи IСМР і SМТР.

Рисунок 3.8 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки SMTP

Рисунок 3.9 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки ICMP

 

На рисунку 3.10 представлені вхідний і вихідний WАР- трафіки. WАР-протокол складається з WАЕ, WSР і WТР, графіки яких представлені нижче. З аналізу вище представлених графіків можна сказати, що GPRS-WАР використовуються абонентами значно рідше, ніж GPRS- Інтернет, в який входить протокол НТТР, і об'єм трафіку НТТР в 8,72 разу більше, ніж в WАР.

Рисунок 3.10 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки WAP

На рисунку 3.11 представлені вхідний і вихідний WАЕ- трафіки. Протокол WAE входить в протокол WАР як прикладне середовище безпровідного зв'язку. Його об'єм складає 381336 бітів для вхідного трафіку і 1768 бітів для вихідного, що складає 4,14% загального об'єму WАР-трафіку.

Рисунок 3.11 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки WAE

 

На рисунку 3.12 представлені вхідний і вихідний WSP-трафіки. Протокол WSP, так само як і протокол WAE, входить в протокол WАР як безпровідною протокол організації сеансу зв'язку і відноситься до сеансового рівня. Об'єм WSP складає 22,77% від загального об'єму WАР-трафіку.

Рисунок 3.12 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки WSP

 

На рисунку 3.13 представлені вхідний і вихідний WТР-трафіки. Протокол WSP також є протоколом WАР і рівнем транзакції. Об'єм вхідного трафіку в 2 рази перевищує об'єм вихідного і складає 9,86% від загального об'єму WАР-трафіку. З даних, приведених в таблиці 3.1, видно, що середнє значення вхідного трафіку в 4,4 рази більше, ніж у вихідного.

Рисунок 3.13 - Вхідний (а) і вихідний (б) трафіки WТP

 

Таблиця 3.2 – Основні значення показника Херста

Вид трафіку	Методи оцінки показника  Херста
	Агрегована варіація	R/S-статистика	Періодограмний метод	Вейвлет-метод	Оцінка Віттла	Середнє значення Херста
IP (DL)	0,804	0,869	0,875	0,596	0,634	0,7556
IP (UL)	0,829	0,818	0,846	0,593	0,616	0,7404
TCP (DL)	0,822	0,874	0,881	0,602	0,639	0,7636
TCP (UL)	0,816	0,819	0,836	0,606	0,621	0,7396
UDP (DL)	0,721	0,770	0,812	0,737	0,679	0,7438
UDP (UL)	0,810	0,802	0,888	0,746	0,696	0,7884
FR (DL)	0,784	0,745	0,610	0,588	0,663	0,6780
FR (UL)	0,774	0,725	0,598	0,593	0,703	0,6786
FTP (DL)	0,664	0,690	0,638	0,729	0,663	0,6768
FTP (UL)	0,680	0,690	0,503	0,700	0,666	0,6478
FTP DATA (D0)	0,588	0,685	0,841	0,704	0,655	0,6946
HTTP (DL)	0,758	0,754	0,620	0,625	0,678	0,6870
HTTP (UL)	0,669	0,721	0,605	0,615	0,621	0,6462
ICMP (DL)	0,552	0,608	0,498	0,574	0,531	0,5526
ICMP (UL)	0,613	0,623	0,545	0,612	0,569	0,5924
SMTP (DL)	0,826	0,744	0,691	0,693	0,754	0,7416
SMTP (UL)	0,713	0,689	0,710	0,752	0,738	0,7204
WAP (DL)	0,653	0,722	0,793	0,873	0,804	0,7690
WAP (UL)	0,692	0,745	0,990	0,944	0,855	0,8452
WAE (DL)	0,315	0,497	0,384	0,671	0,500	0,4734
WAE (UL)	0,500	0,540	0,499	0,654	0,500	0,5386
WSP (DL)	0,670	0,615	0,588	0,697	0,598	0,6336
WSP (UL)	0,535	0,606	0,649	0,649	0,599	0,6076
WTP (DL)	0,540	0,584	0,617	0,693	0,574	0,6016
WTP (UL)	0,515	0,624	0,626	0,751	0,612	0,6256

 

Дослідження самоподібності експериментальних  даних проводилися п'ятьма методами. Аналіз міри самоподібності на основі даних, приведених в таблиці, показує, що трафік в досліджуваній мережі має фрактальні властивості.

 

3.2 Імітаційна модель GPRS в програмі OPNET

Ми розглядаєио імітаційну модель для мережі GPRS, користуючись OPNET симулянтом мережі. Модель, яка описана, містить явне використання всіх шарів GPRS протоколу. Основна модель GPRS, показана на рисунку 3.14, включає моделі для блоків MS, BTS, BSC, SGSN, GGSN, HLR, і приймача. Приймач представляє зовнішню мережу передачі даних PDN і, отже, потік даних в цій моделі однонапрямлений. Проте, сигнальний потік двонаправлений. Хоча мобільна станція MS вимірює RXLEV від базової станції BTS його ячійки, що служить, і від сусідніх ячійок, він тільки зберігає інформацію для шести найбільш потужних базових станцій BTS. Отже, модель, яка розроблена підтримує тільки шість базових станцій BTS. Є тільки одина базова станція BTS на ячійку і кожена базова станція BTS має область охоплення в діапазоні 15-20 км. Модель GPRS підтримує клітинну модифікацію в методі NC0.

 

Рисунок 3.14 –Модель мережі GPRS в програмі OPNET

 

У моделі вузла мобільної станції  MS, показаній на рисунку 3.15, перші шість каналів у одержувача присвячені отриманню інформації PBCCH від базової станції BTS. Мобільні станції мають фіксований канал для того, щоб посилати пакетні запроси. Вузол Power_Monitor отримує інформацію PBCCH від базової станції BTS і вимірює сигнал отриманих повідомлень. Надалі обирає базову станцію BTS з найбільш високим енергетичним рівнем як службову базову станцію.

Рисунок 3.15 – Модель вузла мобільної станції  MS

 

Модель вузла для базової станції BTS показана на рисунку 3.16, PBCCH_source відправляє інформацію PBCCH мобільним станціям. RLC/MAC відбувається як динамічний процес. Родовий процес закликає відповідний дитячий процес на отримання пакетів від мобільної станції MS або контролера базових станцій BSC.

Рисунок 3.16 – Модель вузла базової станції  BTS

 

Ми змінили моделі вузлів HLR та SGSN в оригінальній моделі GPRS, щоб була можливість підтримувати протокол МАР, який оснований на сигналюванні між цими двома вузлами.Додаткові моделі цього процесу відмічено на рисунках 3.17 та 3.18. Інша частина моделі не змінювалась.

Рисунок 3.17 – Модель вузла SGSN

 

В цій  моделі одна пара приймача-передавача використана для зв’язку з HLR.

Модель вузла HLR показана на рисунку 3.18. Одна пара приймача-передавача використана для звязку з SGSN. Друга пара забезпечує необовязковий інтерфейс Gc з GGSN.

Рисунок 3.18 – Модель вузла HLR

 

Контролер базових станцій BSC посилає пакети з мобільних станцій в SGSN і пакети з SGSN у відповідну мобільну станцію. Напрям алгоритму оснований на значенні Тимчасового Логічного Єднального Ідентифікатору (TLLI) та потокового числа вхідного пакету. Вузол BSC, який показано на рисунку 3.19, складається з шести пар приймачів-передавачів для з’єднання з базовими станціями BTS, та однієї пари приймача-передавача для з’єднання з SGSN, двох нескінченних буферів FIFO, і процесу bsc_router. 

Рисунок 3.19 – Модель вузла BSC

 

3.3 Результати імітаційного моделювання

Ми розглянули три сценарія імітаційного моделювання, щоб перевірити використання повторного вибору ячійки.

1. Підтвердження використання підсистеми базових станцій BSS на наскрізній затримці пакетів

Було змодельовано три різних варіанти:

• одна мобільна станція з’єднана з базовою станцією дротяною релейною лінією без використання контролеру базових станцій BSC
• безпровідне з’єднання без контролера базових станцій BSC
• безпровідне з’єднання з контролером базових станцій BSC

Затримка передачі повного пакету призначених для користувача  даних від мобільної станції  до приймача даних вимірюється завдяки  контролю реалізації безпровідного зв'язку і контролера базових станцій BSC.

Три сценарії затримки передачі повного  пакету призначених для користувача  даних від мобільної станції  до приймача показано на рисунку 3.20. Як і очікувалося, затримка передачі повного пакету призначених для користувача даних отримана, коли мобільна станція MS була пов'язана з SGSN через контролер базових станцій BSC була більше, ніж було отримано в двох інших сценаріях. Це пов’язано з затримкою, накладеної контролером базових станцій BSC в отриманні, обробці, і маршрутизації пакетів.

Рисунок 3.20 – Затримка передачі повного пакету призначених для користувача даних в секунду

 

Ми змоделювали два сценарії для перевірки процедури стільникового оновлення.

 

2. Стільникові оновлення з однією мобільною станцією

Імітаційна модель для цього сценарію показана на рисунку 3.21. Мобільна станція рухається від однієї базової станції до іншої. Тому, на початку моделювання, мобільна станція відноситься до базової станції 2 і в кінці моделювання мобільна станція відноситься до базової станції 0. В цьому сценарії мобільна станція двічі представляє стільникове оновлення: від базової станції 2 до базової станції 1, і від базової станції 1 до базової станції 0.