4.3.1. Состав и взаимосвязь показателей качества обслуживания сетей связи на основе международных стандартов

4.3.2. Состав и взаимосвязь показателей качества обслуживания сетей связи специального назначения. Методология оценивания эффективности функционирования сетей связи

4.3.3. Качество телекоммуникационных услуг мультисервисных сетей связи

Согласно теории систем сети связи обладают совокупностью свойств, каждое из которых может быть количественно описано с помощью некоторой переменной, характеризующей его качество относительно выбранного свойства. Эту переменную, означающую числовую характеристику или функцию, будем называть показателем качества. При этом показатель качества можно записать в виде функционала:

, (2.4)

где U – условия функционирования.

В соответствии международными (ITU-Т, ETSI, IETF, MMCF, ISO 9000, TL 9000) и российскими (ГОСТ Р ИСО 9000–2001, ГОСТ Р ИСО/МЭК 15408-2004, РД 45.004-2000, РД 45.128-2000) стандартами на основе показателей качества формируются системы показателей качества (СПК), которые характеризуют оценку всех существенных свойств (качеств) сетей связи, влияющих на результативность её применения по основному назначению. Рассмотрим данные СПК более подробно.

4.3.1. Состав и взаимосвязь показателей качества обслуживания сетей связи на основе международных стандартов

В соответствии с рек. МСЭ-Т I.112 совокупность телекоммуникационных услуг разделена на два типа (приложение А): доставки (переноса) информации (реализуют функции трех нижних уровней модели взаимодействия открытых систем) (Bearer Service, BS) и предоставления связи (Teleservice, TS). При этом телекоммуникационные услуги классифицируется по виду передаваемой информации (телефония, передача данных и др.), важности (основные, дополнительные) и другим признакам.

Качество телекоммуникационных услуг – это совокупность свойств услуги, определённых качеством функционирования сети, которые характеризуют способность удовлетворять потребности пользователей. Обеспечение качества телекоммуникационных услуг является одной из важнейших задач проектирования сетей связи. В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т Е.800, Е.430, I.350 характеристики качества телекоммуникационных услуг можно разделить на две группы (рис. 2.1): характеристики, связанные с качеством обслуживания (Quality of Service, QoS), и характеристики, связанные с качеством функционирования сети (Network Performance, NP) [2, 40–42].

Качество обслуживания – это совокупность показателей, которые определяют степень удовлетворения пользователя предоставляемым ему обслуживанием. Качество обслуживания определяется в точке доступа к услуге и характеризуется свойствами удобства использования, обеспеченности, действенности (доступности, непрерывности, целостности) и безопасности обслуживания (приложение А). В свою очередь качество функционирования сети служит основой для качества обслуживания и определяет способность сети выполнять функции, обеспечивающие связь между абонентами. Качество функционирования сети характеризуется способностью к обработке трафика, ресурсами и возможностями сетевых объектов, а также надёжностью и качеством передачи (приложение А).

Рис. 2.1. Качество телекоммуникационных услуг

Для количественной характеристики большинства определённых в рекомендации Е.800 свойств качества телекоммуникационных услуг вводятся соответствующие показатели. При этом согласно рекомендации I.350, РД 45.128-2000, РД 45.004-2000 основными составными частями услуги являются три стадии её предоставления, качество выполнения которых дает суммарное качество услуги [2, 40, 43]:

• доступ к передаче информации (установление соединения);
• передача информации пользователя;
• завершение сеанса передачи информации (разъединение соединения).

Каждая из частей услуги в свою очередь характеризуется тремя основными показателями, образуя матрицу 3´3 (таблица 2.2):

Таблица 2.2 Классификация параметров качества обслуживания и регламентирующие их документы

Стадии предоставления услуги	Показатели качества
	Скорость	Рек. МСЭ-Т	Точность	Рек. МСЭ-Т	Гарантированность	Рек. МСЭ-Т
Доступ к передаче данных (установление соединения)	Задержка установления доступа	Е.431 Х.135 I.352 Е.422 Е.427 Е.721	Вероятность организации неправильного доступа	Е.845 Х.136 I.352 Е.422 Е.424 Е.425 Е.426 Е.427	Вероятность отказа в установлении доступа	Е.845 Е.846 Х.136 I.352
Передача информации	Скорость передачи данных пользователя Задержка передачи данных пользователя Вариация задержки	Е.432 Х.135 I.350	Вероятность возникновения ошибки в информации пользователя Вероятность передачи лишней информации пользователя	G.821 Е.422 Е.424 Е.432 Е.855 Х.136 I.350	Вероятность потери информации пользователя	E.850 X.136 Е.428
Завершение сеанса передачи (освобождение)	Задержка разъединения	Е.431 Х.135 I.352 Е.721	Вероятность отказа в разъединения доступа	Х.136 I.352	Вероятность отказа в разъединении доступа	Х.136 I.352

• скорость (время установления соединения, время (скорость) передачи информации пользователя, вероятность своевременной доставки информации пользователя и время разъединения соединения);
• точность (точность установления соединения с указанными параметрами, точность передачи информации пользователя, точность разъединения соединения, характеризуемые вероятностью организации неправильного соединения, вероятностью возникновения ошибки в информации пользователя, вероятностью разъединения соединения и др.);
• гарантированность (гарантированность установления соединения, передачи данных и разъединения соединения, характеризуемые вероятностью отказа в установлении соединения, вероятностью потери информации пользователя, вероятностью отказа в разъединении соединения и др.).

В 2001 г. МСЭ-Т принята рекомендация G.1000, которая значительно расширила набор параметров качества обслуживания, предложив матрицу 11´7. Это позволяет оценить не только стадии предоставления услуги, но и функции характеризующие управление услугой, как со стороны оператора, так и стороны пользователя. Кроме того, возросло число этапов, на которых нормируется качество услуг. При этом они охватывают весь процесс связи, начиная от заключения контракта (соглашения) и заканчивая финансовыми расчётами.

4.3.2. Состав и взаимосвязь показателей качества обслуживания сетей связи специального назначения. Методология оценивания эффективности функционирования сетей связи

В сетях связи специального назначения качество обслуживания (связи) характеризуется свойствами своевременности, безопасности, достоверности. В свою очередь качество функционирования сетей связи специального назначения характеризуется свойствами пропускной способности, устойчивости, управляемости и др. Реализация мер, направленных на обеспечение качества обслуживания и качества функционирования определяют затраты на использование услуг специальной связи, а также на построение и эксплуатацию сетей связи специального назначения.

На основе свойств специальной связи и сетей связи специального назначения формируется иерархическая система показателей качества, состав и взаимосвязь которых представлены на рисунках 2.2, 2.3 [44–47].

Рис. 2.2. Состав системы показателей качества

При этом в соответствии с целевым предназначением по своевременной, безопасной и достоверной передаче сообщений формируется глобальная система показателей качества (ГСПК). Далее в общем процессе функционирования системы выделяются основной и вспомогательный подпроцессы. В качестве основного выступает процесс информационного обмена (ИО), который характеризуется своевременностью, безопасностью, достоверностью связи, а также затратами на предоставление услуг связи и обеспечение качества обслуживания [44–47]. В качестве вспомогательного подпроцесса, обеспечивающего информационный обмен, выступает процесс управления (У) связью, который, в свою очередь, характеризуется свойствами оперативности, непрерывности, устойчивости, безопасности, а также затратами на его организацию.

Для каждого из указанных выше подпроцессов разрабатывается иерархически связанная система показателей качества (СПК): процесса информационного обмена (связи), процесса управления, системы информационного обмена (СПК СИО) и системы управления (СПК СУ) (рис. 2.2, 2.3). Причем СПК СИО и СУ детализируют внутренние свойства системы связи (управления) пропускную способность, устойчивость (надёжность, живучесть, помехоустойчивость) и являются материальной основой процессов информационного обмена и управления [45, 46]. Представленная иерархическая СПК (рис. 2.2, 2.3) позволяет агрегировано рассматривать особенности функционирования каждой из подсистем и их вклад в общую эффективность функционирования.

Для количественной характеристики свойств качества услуг специальной связи вводятся соответствующие показатели. В соответствии с этим ГСПК включает векторные показатели качества, характеризующие оценку наиболее существенных свойств процесса информационного обмена и управления , а также системы информационного обмена и системы управления [45, 46]:

. (2.5)

Здесь , – среднее время и вероятность своевременной доставки (ВСД) сообщений;

– достоверность передачи сообщений;

– показатель, характеризующий выполнение требований информационной безопасности в течение заданного времени;

– вектор затрат ресурсов на доставку сообщений (использование услуг связи).

При этом составляющие (2.5) СПК имеют следующий вид.

а) СПК процессов информационного обмена:

, (2.6)

где – приоритет сообщений (данных), назначаемый по классам качества (видам) услуг и категориям пользователей, включая сообщения (данные) подсистем управления и обеспечения информационной безопасности и др.;

, – среднее время и вероятность своевременной доставки сообщений (данных) различных приоритетов в нормальных условиях функционирования;

– достоверность информационного обмена (по видам услуг);

– показатель, характеризующий выполнение требований информационной безопасности при обеспечении ИО (по видам услуг);

– вектор затрат ресурсов на обеспечение информационного обмена.

б) СПК процессов управления:

, (2.7)

где – средняя длительность цикла управления параметрами сети связи (измеряется от момента возникновения управляющего сообщения до момента изменения состояния сети), осуществляемого при нарушении нормального режима её функционирования (определяет оперативность, непрерывность и устойчивость управления);

– ВСД сообщений управления;

– показатель, характеризующий выполнение требований информационной безопасности при обеспечении управления;

– вектор затрат ресурсов на обеспечение управления.

в) СПК систем информационного обмена и управления:

, (2.8)

, (2.9)

где и – вектор пропускных способностей (производительности) элементов СИО и СУ;

и – вектор показателей устойчивости (надёжности, живучести, помехоустойчивости) элементов СИО и СУ;

и – вектор затрат ресурсов на построение и эксплуатацию систем связи и управления.

Согласно введенных систем показателей качества (рис. 2.2, 2.3, (2.5)–(2.9)), показатели своевременности ИО (2.6) являются ведущими и зависят от совокупности внутренних свойств сети связи. Количественной мерой, характеризующей свойство своевременности ИО, являются показатели среднего времени ожидания обслуживания, среднего времени доставки сообщения, ВСД сообщений и др. При этом ВСД сообщений является комплексным показателем (целевой функцией), зависящим от совокупности внутренних свойств сети связи (рис. 2.3) и определяемым в соответствии с вероятностным критерием:

(2.10)

где – среднее время доставки сообщений r-го приоритета; – требуемое (нормативное) время доставки сообщения r-го приоритета; – требуемое (нормативное) значение ВСД сообщений r-го приоритета.

Выбор вероятностного подхода к формулировке целевой функции процессов функционирования сетей связи (2.10) обусловлен рядом причин. Во-первых, изменения показателей качества функционирования сетей связи носят, в основном, вероятностный характер. Во-вторых, при использовании вероятностного подхода к формулировке целевой функции вопросы нормализации и свертки компонент СПК (рис. 2.3) решаются автоматически [44–47] на основе получения совместной вероятности выполнения требований к качеству функционирования сетей связи. В-третьих, обеспечивается гибкость и чувствительность к изменению отдельных показателей.

ВСД сообщений различных приоритетов может рассчитываться как для конкретных информационных направлений связи (ИНС) и трактов связи – , так и в среднем за сеть:

, , , (2.11)

где – вероятность попадания сообщения r-го приоритета в i-й тракт связи.

При этом среднесетевая ВСД сообщений может использоваться для решения следующих задач проектирования:

• оптимизации построения сети связи – критерий оптимальности: ;
• сравнения различных вариантов построения сетей связи – критерий сравнения: ;
• оценки пригодности сети связи для выполнения задач по предназначению в заданных условиях функционирования – критерий пригодности: .

При этом согласно руководящего документа РД 107.15.2107–89, регламентирующего оценку технического уровня функционирования информационно-телекоммуникационных систем (по критерию пригодности) на основе расчёта обобщённых показателей, в качестве рекомендуемой шкалы оценки допустимых значений обобщённых вероятностных показателей принимается:

• – минимально допустимое значение, при качество функционирования неудовлетворительное, следовательно, используемые технологии неэффективны и требуется модернизация;
• при , , обеспечивается, соответственно, среднее/высокое/высшее качество функционирования.

В соответствии с (2.6) другим важным свойством сетей связи специального назначения является достоверность связи. Для оценки достоверности используют коэффициенты, отражающие частоту событий, заключающихся в нарушении соответствия между передаваемыми и принимаемыми данными. В пределе эти коэффициенты, согласно закону больших чисел, сходятся к вероятностям соответствующих событий. Достоверность может оцениваться с помощью следующих показателей:

– вероятность события, состоящего в полном совпадении принятых данных с переданными (правильный приём);

– вероятность события, состоящего в том, что принятые данные отличаются от переданных (ошибка);

– вероятность события, состоящего в том, что переданные данные не приняты пользователем (неприём);

– вероятность события, состоящего в том, что пользователю выданы не передававшиеся данные (ложное выделение).

Обычно при задании требований по достоверности нормировке подлежат и . Значения этих вероятностей находятся в пределах от до .

В результате достоверность связи определяется вероятностным критерием:

, , (2.12)

где – допустимая вероятность ошибок для сообщений r-го приоритета.

Требуемая достоверность связи на реальных каналах передачи обеспечивается применяемыми телекоммуникационными протоколами. При этом качество каналов передачи нормируется на основе показателей ошибок, дрожания, дрейфа фазы и др. (рекомендации МСЭ-Т G.820-G.823, M.2100, приказ Минсвязи России № 92 от 10.08.96 г.) В результате обеспечение достоверности передачи сообщений приводит к возрастанию дополнительной служебной нагрузки на сеть связи (снижению её эффективной пропускной способности), что должно учитываться при моделировании процессов функционирования сети связи и расчёте показателей своевременности (рис. 2.3).

Действительно, так протокол Х.25 ориентирован на применение на каналах связи невысокого качества. В соответствии с этим реализуется поузловая передача с исправлением ошибок. Не учитывать дополнительно возникающие задержки передачи данных, особенно, на каналах связи с невысокой пропускной способностью и невысоким качеством не представляется возможным.

При использовании высококачественных цифровых каналов применение избыточного протокола Х.25 не эффективно. В соответствии с этим в современных протоколах (FR, TCP/IP и др.) сокращена избыточность, а обеспечение достоверности возлагается на протоколы верхних уровней (транспортный протокол). В результате дополнительными расходами на пакетную передачу и обеспечение требуемой достоверности при дальнейших расчётах в большинстве случаев можно пренебречь.

Вопросы безопасности обслуживания, решаемые в сетях связи общего назначения, и безопасности связи сетей связи специального назначения в общем случае с учётом современных взглядов составляют проблему информационной безопасности [48]. При этом под информационной безопасностью сети понимается её свойство сохранять неизменными характеристики информационной безопасности – конфиденциальность, целостность, доступность и подотчетность информационной сферы, включающей совокупность информационных ресурсов и информационной инфраструктуры, в условиях возможных воздействий нарушителя.

В результате можно сделать вывод, что с учётом сформированных СПК (рис. 2.2, 2.3) целевая функция функционирования сетей связи различного назначения (2.10) определяется на основе своевременной и достоверной передачи информации пользователей при обеспечении требований информационной безопасности.

4.3.3. Качество телекоммуникационных услуг мультисервисных сетей связи

В настоящее время качество телекоммуникационных услуг МСС нормируется в основном рекомендациями МСЭ-Т, RACE, так как отечественные стандарты в данной области не разработаны. При этом основным механизмом, регулирующим качество услуг, в том числе и в МСС, является соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA) между поставщиком (оператором) и пользователем услуг. В общем случае соглашение об уровне обслуживания включает организационно-экономические параметры, а также параметры производительности сети (скорости передачи данных пользователя, различают постоянную и переменную (старт-стопного и непрерывного типов) скорость передачи), надёжности связи и качества обслуживания передаваемого трафика, которые измеряются оператором путём тестирования.

Организационно-экономические параметры определяют компенсацию издержек пользователям при нарушении SLA. Параметры надёжности включают гарантированное время восстановления при простое, коэффициент готовности, доступность соединения и др. Качество обслуживания (QoS) задается несколькими способами:

• в терминах сетевой технологии – временем и вероятностью установления соединения, долей потерянных пакетов и пакетов с ошибками, задержкой и вариацией задержки пакетов (таблица 2.2; рек. МСЭ-Т G.1010 таблицы 2.3, 2.4; рек. RACE таблица 2.5; R-фактор рек. МСЭ-Т G.107) и др.;

Таблица 2.3. Модель требований к качеству обслуживания со стороны пользователя

Ошибки информации	терпимы	Разговор (голос, видео)	Передача сообщений (голос, видео)	Потоки (аудио, видео)	Факсимильные сообщения
	нетерпимы	Команды, управление (интерактив. игры)	Транзакции (электронная коммерция)	Передача сообщений, загрузка файлов	Фоновая информация (сетевые новости)
		<< 1 с	» 2 с	» 10 с	>> 10 с
		Задержки информации

• экспертной оценкой по некоторой шкале, например, по шкале MOS;
• классом услуги, которому соответствует набор нормируемых значений её параметров.

В приложении Б представлено нормирование сквозного ("из конца в конец") качества обслуживания в МСС, построенных на основе технологий АТМ, IP. В настоящее время разработки в области нормирования качества услуг МСС продолжаются. При этом предлагается множество различных подходов к решению этой задачи, но все они сводятся к тому чтобы, во-первых, ввести классы качества обслуживания (приоритетность) передаваемого трафика, во-вторых, определить показатели и параметры, дающие наиболее полную оценку качества [6–8, 30, 40–42].

Таблица 2.4. Требования к качеству услуг, предоставляемых в МСС

Тип информации	Название услуги	Тип передачи	Требуемая скорость передачи / объём передаваемых данных	Параметры качества услуги
				Задержка, мс	Джиттер, мс	Вероятность потери информации, %
Аудио	Телефония	Дуплекс	4-64 кбит/с	< 150 мс (отличное качество); < 400 мс (допустимое качество)	< 1 мс	< 3%
	Передача голосовых сообщений	Симплекс	4-32 кбит/с	< 1 с (для воспр.) < 2 с (для записи)	< 1 мс	< 3%
	Звуковое вещание	Симплекс	16-128 кбит/с	< 10 с	<< 1 мс	< 1%
Видео	Видеоконференция	Дуплекс	> 384 кбит/с	< 150 мс (отличное качество); < 400 мс (допустимое качество)		< 1%
Данные	Доступ в Интернет (просмотр WEB-страниц)	В основном симплекс	~10 кБ	< 2 с / стр. (отличное качество); < 4 с / стр. (допустимое качество)	НН	0
	Передача файлов большого объёма	В основном симплекс	10 кБ – 10 МБ	< 15 c (отличное качество); < 60 с (допустимое качество)	НН	0
	Передача неподвижных изображений	Симплекс	100 кБ	< 15 c (отличное качество); < 60 с (допустимое качество)	НН	0
	Доступ к серверу электронной почты	В основном симплекс	< 10 кБ	< 2 с (отличное качество); < 4 с (>НН	0
	Факс	В основном симплекс	~10 кБ	< 30 с / стр.	НН	<10-6 BER

Таблица 2.5. Допустимые значения параметров качества обслуживания при передаче мультимедийного трафика

Тип сервиса	Параметры качества обслуживания
	Время установления соединения, с	Вероятность разрыва соединения	Задержка, мс	Джиттер, мс	Вероятность потери данных
IP-телефония	0,5-1	10-3	25-500	100-150	10-3
Видеоконференция	0,5-1	10-3	30	30-100	10-3
Цифровое видео по запросу	0,5-1	10-3	30	30-100	10-3
Передача данных	0,5-1	10-6	50-1000	-	10-6
Телевизионное вещание	0,5-1	10-8	1000	-	10-8

Выводы. Таким образом, в настоящем подразделе определено качество телекоммуникационных услуг сетей связи различного назначения. Это позволяет с учётом общих подходов к проектированию перейти к изложению целей и задач многокритериального проектирования МСС.