авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Модели оперативного перехвата трафика в инфокоммуникационных сетях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Елагин Василий Сергеевич

МОДЕЛИ ОПЕРАТИВНОГО ПЕРЕХВАТА ТРАФИКА В ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ

05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2011

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича на кафедре Систем коммутации и распределения информации, в Научно-техническом центре ПРОТЕЙ

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гольдштейн Борис Соломонович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Просихин Владимир Павлович

кандидат технических наук,

Витченко Алексей Александрович

Ведущая организация: ООО «НТЦ СевенТест»

Защита состоится «___» ______________ 2011 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета К 219.004.01 при Санкт-Петербургском Государственном Университете Телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61, ауд. 205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв об автореферате в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного Совета.

Автореферат разослан «___» ____________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Харитонов В.Х.


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Характерная для всех бурно развивающихся отраслей ситуация сложилась сегодня и с современными телекоммуникациями: их эволюция происходит с заметным опережением формирования необходимых стандартов, апробированных механизмов и подходов.

Это в полной мере справедливо для стандартизации функций СОРМ (системы оперативно-розыскных мероприятий) или законного перехвата сообщений LI (Lawful Interception) в терминах Европейского института стандартизации ETSI.

Под законным перехватом сообщений понимают процесс передачи правоохранительным органам (LEA – Law Enforcement Agency) информации соединений определенных пользователей телекоммуникационной сети. Законный перехват является санкционированным действием и не дает пользователю возможности его определить. В различных странах под правоохранительными органами подразумевается одна или несколько организаций, например государственная и федеральная полиция, спецслужбы и независимые антикоррупционные комиссии.

Сегодня под СОРМ в телефонных сетях общего пользования понимается юридически санкционированный доступ правоохранительных организаций к частным телефонным переговорам. Важно понимать, что средствами СОРМ государство стремится обеспечить должный уровень профилактики и раскрытия преступлений, то есть достичь целей, являющихся важнейшими задачами обеспечения национальной и глобальной стабильности. Естественно, что решение этих задач всегда является своего рода компромиссом, в котором приходится поступаться какими-либо свободами и преимуществами, приобретая определенные гарантии в области личной и национальной безопасности.





Законный перехват сообщений (в терминах концепции ETSI - LI - Lawful Interception) интернет-провайдеров является технологически более сложной и менее развитой областью по сравнению с аналогичной задачей в телефонных сетях. Отказ основного разработчика Интернет-стандартов - международной организации разработки и поддержки стандартов и протоколов Интернет (IETF - Internet Engineering Task Force) от интеграции архитектуры СОРМ как обязательной части в собственные разработки оставил вакуум в этой области. Выдвигаемые уже сегодня концепции сетей связи следующего поколения NGN (Next Generation Network), позволяют с достаточно большой долей уверенности утверждать, что законный перехват IP-контента с годами будет только усложняться. В сложившейся ситуации необходимость создания и внедрения соответствующей нормативно-технологической базы для существующей сетевой инфраструктуры, базирующейся на пользовательских сервисах IP с учетом наиболее вероятных сценариев её развития, является основной задачей.

Принципиальное расширение проблематики законного перехвата сообщений связано с опубликованным 16 января 2008 года Министерством информационных технологий и связи РФ приказом №6, который однозначно распространяет внедрение СОРМ во все сети связи, за исключением телеграфных сетей и систем, где лицензионным соглашением не предусмотрено обеспечение СОРМ. На сегодняшний день установка оборудования СОРМ в сетях Оператора связи является обязательным требованием при получении лицензии на предоставление услуг связи. При этом, зачастую решения и системы СОРМ, применяемые у Операторов, неэффективно используют выделенный канальный ресурс и не исследованы на предмет обеспечения необходимых вероятностно-временных характеристик (ВВХ).

Исследование взаимосвязи вероятностных и временных параметров от объема и характеристик используемого оборудования в системах законного перехвата, так же является важной задачей, которой пока еще не уделялось достаточного внимания при анализе подобных систем. В то же время, вопрос поддержки системой заданных ВВХ является одним из основополагающих при проектировании, инсталляции и эксплуатации решений СОРМ. Кроме того, в связи с постоянным развитием сетей связи, появлением новых услуг и технологий возник вопрос о максимально эффективных видах сетевой архитектуры и системных решениях организации законного перехвата, учитывающих особенности современных сетей связи и обеспечивающих полноценное выполнение такого рода требований. Все это делает исследование технических аспектов законного перехвата в различных сетях связи актуальной научной задачей.

Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является анализ ВВХ процессов законного перехвата сообщений (процессов СОРМ) в сетях с коммутацией каналов (TDM) и коммутацией пакетов (NGN).

Основные задачи работы можно сформулировать следующим образом:

  1. Разработка аналитической модели системы законного перехвата в сетях с коммутацией каналов.
  2. Анализ зависимости изменения вероятности потерь по вызовам, по времени и по нагрузке от процедуры обслуживания в моделях с конечным числом источников нагрузки при описании систем СОРМ в сетях с коммутацией каналов.
  3. Разработка формализованного описания системы законного перехвата в рамках концепции NGN.
  4. Разработка математического обеспечения модели СМО с самоподобным входящим потоком для моделирования систем пассивного перехвата сообщения в IP-сетях.
  5. Вычисление ВВХ для систем СОРМ в сетях NGN.
  6. Проведение имитационного моделирования процессов формирования и поступления потоков трафика на систему законного перехвата в сетях NGN.

Методы исследования. Использование традиционных средств теории телетрафика для исследования систем законного перехвата не является достаточным и эффективным из-за высокой сложности математического аппарата, применяемого при их описании. При решении поставленных в диссертации задач использовались методы теории систем массового обслуживания, теории самоподобных процессов и методы статистического моделирования случайных процессов на ЭВМ. Для численного анализа используется программный математический пакет MathCAD 14. Имитационное моделирование выполняется с помощью общецелевой системы имитационного моделирования GPSS World Student Version (GPSS, General Purpose Simulation System).

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

  1. Предложена аналитическая модель системы законного перехвата для сетей с коммутацией каналов (модель с ограниченным числом источников нагрузки), учитывающая мультисервисный характер поступающего трафика.
  2. Выведены аналитические соотношения, позволяющие определить вероятности потерь при использовании предложенной модели законного перехвата.
  3. Исследована модель процесса законного перехвата для пакетных мультисервисных сетей.
  4. Разработана методика моделирования самоподобных свойств трафика СОРМ с использованием гамма-распределения.

Практическая ценность и реализация результатов. Полученные формулы, методы, алгоритмы и программы позволяют решить проблему построения систем законного перехвата, улучшить характеристики, определяющие качество обработки информации рассматриваемыми системами.

Результаты работы могут быть использованы научно-исследовательскими, производственными и эксплуатационными организациями при разработке, внедрении новых и усовершенствовании существующих систем законного перехвата (СОРМ).

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 12-й конференции по IP-телефонии и IP-коммуникациям (2007 г.), на 59-й, 60-й, 61-й и
62-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ (2007 – 2010 г.г.).

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание и результаты диссертационной работы, опубликованы в материалах научно-технических конференций, форумов и журналах отрасли – всего 16 работ, из них 1 монография, 1 учебное пособие, 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя содержание, список сокращений, список обозначений, введение, четыре раздела, заключение, библиографический список и одно приложение. Работа содержит 173 страницы текста, включая приложение, 46 рисунков и библиографический список из 89 наименований.

Личный вклад автора. Основные результаты теоретических и прикладных исследований получены автором самостоятельно. В монографии [1] автору принадлежат главы 2 (RADIUS) и 7 (применения СОРМ). В учебном пособии [2] автором написана вся теоретическая часть 1. В статьях, написанных в соавторстве, лично автором изложены соответствующие результаты диссертационной работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Модель системы законного перехвата для сетей с коммутацией каналов, отражающая принципы поступления и обслуживания перехваченных вызовов.
  2. Описание основных этапов вычисления ВВХ для этой модели.
  3. Математические модели систем законного перехвата для пакетных сетей, учитывающие самоподобные свойства поступающей нагрузки и процессов её обслуживания.
  4. Математическое обоснование возможности использования гамма-распределения для моделирования самоподобных потоков, входящих на систему законного перехвата в сетях с коммутацией пакетов.
  5. Анализ ВВХ подсистем законного перехвата в сетях с коммутацией пакетов.
  6. Анализ характера поступающих потоков трафика средствами имитационного моделирования на ЭВМ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, рассматривается состояние исследуемого вопроса, формулируется цель работы, перечисляются основные научные результаты диссертации и её краткое содержание. Приводятся основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава работы посвящена исследованию текущей ситуации с мероприятиями законного перехвата в сети связи. В ней приводится также анализ эволюции задач и механизмов СОРМ при развитии сетей связи и телекоммуникационных технологий в целом, дается обзор основных методов и подходов к исследованию и построению таких систем.

Приведены основные технические и административные особенности построения СОРМ в сетях связи. Рассмотрены основные особенности требований к организации мероприятий законного перехвата, выдвигаемых правоохранительными органами.

В первой главе исследованы также концепции построения систем законного перехвата в Европейских странах и в Северной Америке, приведены описания и графические представления этих систем. Кроме того, проведен подробный сравнительный анализ этих концепций, в котором выделены основные черты, отличающие Российские требования к СОРМ от Европейских и Североамериканских.

Далее в главе приведены примеры систем массового обслуживания с ограниченным числом источников нагрузки и их практическое применение в современных телекоммуникационных сетях. Первоначально анализ таких систем был развит еще в середине ХХ века в работах школы проф. Б.С. Лившица. Именно он лег в основу моделирования процессов в сельских телефонных сетях (СТС). Тогда эти процессы моделирования укладывались в сравнительно несложную систему с использованием формулы Энгсета и связанных с ней характеристик.

Сегодня, в связи с проблематикой законного перехвата вызовов в телефонных сетях общего пользования (ТфОП) вновь стали появляться схемы, анализ и моделирование которых целесообразно проводить на базе систем с ограниченным числом источников нагрузки.

Если проводить параллели между формулой Энгсета и традиционной формулой Эрланга, то необходимо отметить, что формула Энгсета используется в сетях с ограниченным числом источников нагрузки (не более 50 абонентов). При исследовании же систем с числом пользователей от 100 вполне допустимо использование формул Эрланга. Это ограничение и определяет нецелесообразность использования моделей Эрланга при проектировании и анализе систем законного перехвата, где количество находящихся под контролем абонентом для десятитысячной АТС равно 30.

Однако в связи с развитием технологий и увеличением числа услуг, предоставляемых абоненту в современных системах с ограниченным числом пользователей, появились особенности, которые не позволяют использовать модель Энгсета в чистом виде. Так, раньше при моделировании аналогичных систем считалось, что все источники нагрузки строго идентичны. Это значительно упрощает вычисления. Однако, в рамках современных конвергентных сетей связи данное утверждение не является верным. В действительности источники нагрузки различаются по интенсивности потока вызовов и по продолжительности их обслуживания, хотя сам закон распределения моментов поступления вызовов сохраняется. Эта особенность вызывает повышенный интерес, так как указанное обстоятельство влияет на качество обслуживания и ВВХ системы перехвата сообщений.

 Четырехуровневая модель NGN для СОРМ -0

Рис. 1. Четырехуровневая модель NGN для СОРМ

В первой главе приведены также исследовательские аспекты СМО с ограниченным числом источников нагрузки и отражены особенности моделирования СОРМ в сетях следующего поколения NGN (рис. 1).

Приведено описания систем и особенности реализации СОРМ на уровне услуг, уровне управления и на транспортном уровне модели NGN. Сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе разработана функциональная модель системы законного перехвата для сетей с коммутацией каналов на базе СМО с ограниченным числом источников нагрузки, состоящая из следующих компонентов: множество разнотипных источников, инфокоммуникационные сети, операторская подсистемы обслуживания ПУ СОРМ (пульт управления СОРМ).

Исследования диссертационной работы во второй главе сосредоточены на моделях и методах для определения ВВХ подсистем для двух типов источников нагрузки (абонентов ТфОП и мобильных сетей связи). В работе искомыми характеристиками качества обслуживания перехваченных вызовов для операторской подсистемы приняты вероятность потерь по времени, вероятность потерь по вызовам и нагрузка, обслуживаемая системой. Для систем законного перехвата эти характеристики являются основополагающими при их проектировании.

Выше было отмечено, что при организации мероприятий СОРМ принципы функционирования системы подразумевают мощную фильтрацию общего потока вызовов сети ТфОП (до 30 абонентов, находящихся под контролем, из общего числа 10 000 абонентов). Поэтому в работе рассмотрена общая модель исследуемой системы с конечным числом источников нагрузки класса M/M/v/v/N.

Важно отметить, что в TDM-сетях при законном перехвате формируются два потока с различными характеристиками (интенсивностью поступления, временем обслуживания и т.д.), но при этом источником для обоих потоков вызовов является один и тот же пользователь (абонент). Эта особенность возникает потому, что пользователь работает и в мобильной и в стационарной телефонных сетях, поэтому на пульте управления он ставится на контроль по всем возможным идентификаторам, в том числе по его списочному телефонному номеру и номеру мобильного телефона.

Поэтому использование традиционной модели СМО с ограниченным числом источников нагрузки в рассматриваемой системе невозможно. Для исследования мероприятий СОРМ в сетях связи в диссертации предлагается оригинальная модель, так называемая «модель с комплексным обслуживанием». Суть предлагаемой модели заключается в следующем.

Можно рассмотреть систему, состоящую из r элементов, каждый из которых может в любой момент времени находиться в одном состоянии: либо занят, либо свободен (ON-OFF источник) – мы не берем в расчет длительность переходных процессов между этими состояниями, так как они незначительно малы по сравнению с длительностью основных состояний. Это легко заметить, если сопоставить, что средняя длительность переходного процесса занимает около 100 мс, в то время как длительность нахождения в состоянии «обслуживание вызова» (занят) в среднем составляет 90 с.

Пусть n из этих r элементов являются источниками вызовов (n r), остальные элементы в этом случае будем считать «пассивными элементами». Из r элементов можно образовать 2r (по одному, по два, …, по r, пустая комбинация) сочетаний, любое из этих сочетаний будем называть «обслуживающим комплексом» Rj (j=1,2,…2r). Этот подход имеет физический смысл в сети, так как в процедуре законного перехвата могут быть задействованы не только два абонента, но и больше (например, при конференцсвязи или других дополнительных услугах).

Можно предположить, что обслуживание любого вызова от любого источника заключается в занятии одного из «комплексов» на некоторое время в соответствии с особенностями организации вызовов (рис. 2). В этом как раз и состоит важная функция СОРМ: обеспечить возможность перехвата вызова от/к любому источнику нагрузки в комплексе.

Кроме того, все элементы «комплекса», обслуживающего данный вызов, заняты в течение всего времени обслуживания вызова и по окончании обслуживания освобождаются одновременно.

Важно отметить, что в рассматриваемой модели имеются ограничения количества перехватываемых вызовов. На практике, количество вызовов, поступающих в реальную систему СОРМ, не превышает 30 вызовов, даже на узлах с большой абонентской емкостью (до 60 000 абонентов).

 Модель системы с комплексным-1

Рис. 2. Модель системы с комплексным обслуживанием



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.