بخشی از مقاله
چکیده - سوئیچ دیجیتالی مخابراتی NEAX جزء سوئیچ های متداول در شبکه انتقال اطلاعات کشور است و ازاین رو مدل سازی وتشخیص عیب سیگنالینگ آن اهمیت زیادی دارد. در این مقاله سیگنالینگ این سوئیچ، با استفاده از مفهوم شبکه های پتری، شبیه سازی و سپس با کمک آن، روشی جدید برای تشخیص عیب سیگنالینگ ارائه می شود. دراینجا برای بیان چگونگی شبیه سازی، حالت های سیگنالینگ به حالت یک تماس موفق و حالت مشغول بودن مشترک ،محدود می شود. پس از مشخص کردن شبکه پتری برای سیگنالینگ سوئیچ، از یک روش جبری برای تشخیص عیب در شبکه پتری حاصله استفاده می شود که بر خلاف اکثریت روش های ارائه شده در این زمینه بدون استفاده ازگراف دسترس پذیری و با استفاده از روشهای رمز گذاری، تشخیص وتعیین عیب را انجام می دهد. مزیت این روش حجم کم محاسبات، عدم نیاز به رؤیت پذیر بودن گذرها و امکان تعیین عیب، هم در گذرها و هم در مکان های شبکه پتری است.
-1 مقدمه
سوئیچینگ عبارت است از انتخاب اتصال و قطع ارتباط بین خطوط انتقال اطلاعات که هدف از آن کاهش تعداد خطوط ارتباطی و استفاده مشترک از امکانات شبکه، به خصوص ظرفیت انتقال است. [1] جهت برقراری ارتباط تجهیزات مخابراتی با هم از سیگنالینگ استفاده می شود که سیگنالینگSS71 از متداولترین آنها است. سیگنالینگ SS7 یک پروتکل ارتباطی 4 لایه مشابه با مدل هفت لایه OSI2 می باشد که در سوئیچ های مخابراتی از آن استفاده می شود. [2,3,4] نظر به اهمیت این سیگنالینگ در ارتباطات دیجیتال، تجزیه و تحلیل پکت های ارسالی و همچنین تأخیر و تشخیص عیوب احتمالی در آن نیز از اهمیت به سزایی برخوردار است. ازاین رو، شبیه سازی آن گامی مؤثر در دسترسی به این اهداف می باشد. با توجه به پیچیدگی سیستم و ماهیت آن که مبتنی بر وقوع پیشامدها است، استفاده از مدل های گسسته پیشامد مانند شبکه های پتری می تواند مورد توجه قرار گیرد که در این مقاله مدلسازی این سیگنالینگ توسط سیستم های گسسته پیشامد انجام می شود.[5,6,7,8,9,10]
در سالهای اخیر شبکه های پتری در شبیه سازی و تشخیص عیب سیستم های گسسته پیشامد به کار گرفته شده اند.>11@ در[ 12 ] برای تشخیص عیب از روش های مبتنی بر تحلیل گراف دسترس پذیری استفاده کرده اند. این روش ها ممکن است که به گراف های با ابعاد زیاد منجر شوند. در دسته دیگری از روش های تعیین عیب از معادلات جبری به همراه در نظر گرفتن مکانهای افزونه استفاده شده است.>13@ مکانهای افزونه مکانهایی هستند که به مدل اصلی - شبکه اصلی - اضافه می شوند و نقش مانیتورینگ شبکه اصلی را ایفا می کنند. با توجه به اینکه پیچیدگی محاسباتی روشهای جبری از روشهای دیگر مطرح شده کمتر است> 14 @، این روش درمانیتورینگ شبکه های قدرت کاربردهایی داشته است.
اما در مدلسازی و تعیین عیب در زمینه سینالینگ سیستم های مخابراتی کاربردهای چندانی از آنها گزارش نشده است. در مقاله[15] از شبکه پتری جهت مدل کردن سیگنالینگ SS7 استفاده شده است. مهمترین ویژگی شبکه های پتری مطرح شده در >15@، بهره گیری از محاسبات ماتریسی ساده برای تحلیل رفتار این شبکه هاست که با وجود حجم بالای اطلاعات در سطح شبکه های مخابراتی،سرعت پاسخگویی بالایی را فراهم می کند.
در این مقاله مشابه مقاله[15]، در ابتدا یک شبکه پتری برای شبیه سازی سیگنالینگ دو مرکز مخابراتی که با سوئیچNEAX پشتیبانی می شوند ساخته می شود و سپس یک الگوریتم جبری خطی برای تعین عیب در این شبکه پتری پیشنهاد می گردد. برای این کارتعدادی مکان به شبکه پتری اصلی اضافه می شود که تعداد نشانهای ذخیره شده در این مکانها نشان دهنده وضعیت سیستم اصلی است. به کمک یک روش رمز گذاری جبری خطی می توان به راحتی با مشاهده تعداد نشانهای این مکانهای افزوده شده، عیوب رخ داده در سیستم را مشخص کرد. در روش پیشنهادی در این مقاله عیوب محتمل در سیستم به دوصورت مدل سازی می شوند که این دو دسته عبارتند از عیب هایی که روی گذرهای شبکه پتری تاثیر می گذارند و عیبهایی که تعداد نشانهای مکان ها تغییر می دهند. مزیت اصلی این روش عدم نیاز به محاسبات مشخص کردن گراف دسترس پذیری شبکه است. ضمنا تشخیص عیب تنها توسط مشاهده نشانهای شبکه در لحظات مشخصی از سیکل پیشامدها امکانپذیر است و نیازی به مشاهده همه نشانها در همه مراحل کار سیستم نیست.
ساختار این مقاله بدین صورت می باشد که در بخش 2 مرورمختصری برشبکه پتری ارائه می گردد و همچنین گراف سیگنالینگی 3ISUP برای دو حالت تماس موفق و مشغول ترسیم می شود. بخش 3 به نحوه مدل سازی شبکه پتری سیگنالینگ ISUP برای این دوحالت می پردازد و روش تشخیص عیب پیشنهادی، تشریح می شود. در بخش 4 نیز عملکرد سیستم پیشنهادی خطا مورد بحث قرار می گیرد و نهایتا در بخش5 نتیجه گیری حاصل از این مقاله بیان می شود. -2 مروری بر شبکه پتری و گراف سیگنالینگیISUP درحالت تماس موفق و مشغول به طور کلی یک شبکه پتری، یک شبکه گرافیکی است که از 3 جزء اصلی تشکیل شده است.این 3 جزء عبارتند از:مکان ها،گذرها و کمان ها. عموما مکان به شکل دایره و گذ رها به صورت میله یا چهارگوش نمایش داده می شود. - شکل - 1
شکل:1 یک شبکه پتری ساده
یک گذر زمانی امکان وقوع پیدا می کند که فعال شده باشد و درصورت وقوع از تعداد نشانه های هر مکان ورودی به میزان وزن کمان مربوطه کاسته شده و به تعداد نشانه های هر مکان خروجی به اندازه وزن کمان ارتباطی اش افزوده می گردد.[16] یک گذر زمانی فعال شده و امکان وقوع می یابدکه حداقل در هرمکان ورودی به اندازه وزن کمان ارتباط دهنده اش به آن گذر،نشان وجود داشته باشد. به عنوان نمونه در شکل 1گذر T0 یک گذر فعال بوده و امکان وقوع دارد زیرا یک نشان در داخل مکان P0 موجود می باشد. در صورت وقوع گذر T0،یک نشان از P0کم می شود و به P1 یک نشان اضافه میگردد. - شکل - 2
شکل:2 حالت منتجه از وقوعT0 درشکل1
یک شبکه پتری اگرچه به عنوان مدل گرافیکی شناخته شده است اما بر مبنای قوانین ریاضی ماتریسی استوار است. برای یک شبکه پتری مانند با مکان و گذر،معادله حالت زیر برقرار می باشد:
که در این رابطه، ماتریس حالت درمرحله iام یا لحظه ام با ابعاد می باشد که درایه i ام آن بیانگر تعداد نشانه های موجود در مکان i ام درمرحله kام است. [ ] ماتریس حالت درمرحله قبل است و B با ابعاد ماتریس انتشار نامیده می شود که عبارتست از: در رابطه 2 وزن کمانی است که از مکان به گذر وارد می شودو وزن کمانی است که از مکان به گذر
وارد می شود.
[ ] بردار کنترل مدل بوده و برای یک شبکه با گذر ویک ماتریس خواهد شد که درهرمرحله تنها درایه مربوط به آن مرحله یک بوده و سایردرایه ها صفر خواهد بود .به عبارت دیگر این بردار ترتیب وقوع گذرها درطی مراحل یک الی m را نشان می دهد. [17] مراحل سگنالینگی یک تماس موفق از مشترک A به مشترک B در شکل3رسم شده است. در این گراف وقتی مشترک A گوشی را برمی دارد، پکتی به نام Off-Hook به مرکز فرستاده می شود و پس از آن در پاسخ مرکز به مشترک یک سیگنال Tone به عنوان اجازه شماره گیری برای مشترک ارسال می شود، سپس مشترک A ،15 ثانیه زمان دارد تا شماره مقصد مشترک موردنظر را گرفته و به مرکز مبدأ بفرستد.
پس از اتمام شماره گیری، مشترک مبدأ در حالت انتظار برای بوق آزاد می ماند. مرکز مبدأ پس از دریافت کامل شماره از مشترک مبدأ، پکتی به نام پکت 4IAM را برای مرکز مقصد فرستاده و مرکز مقصد پس از دریافت کامل شماره، پکتی درپاسخ به دریافت صحیح و کامل شماره به نام ACM5 برای مرکز مبدأ می فرستد، سپس مرکز مقصد شماره مشترک مقصد را آنالیز کرده و در صورت Idle بودن مشترک مقصد، یک کانال به مشترک مبدأ و مقصد اختصاص داده و بوق یا Ring Tone را به مدت 1 دقیقه که در مرکز مقصد تولید می شود برای مشترک مقصد می فرستد. سپس مشترک مقصد گوشی را برداشته و سیگنالی به نام Off-Hook برای مرکز مقصد فرستاده می شود .
در ادامه مرکز مقصد برای مرکز مبدأ پکتی به نام ANM6 می فرستد و هردو مرکز طبق ناحیه7 تعریف شده به محاسبه شار ژینگ و تحلیل های ترافیکی پرداخته و مشترکین هم در حالت صحبت کردن قرار دارند. پس از اتمام صحبت مشترک مبدأگوشی ازطرف تماس گیرنده گذاشته می شود و سیگنالی به نام On-Hook برای مرکز مبدأ فرستاده می شود. در این حالت محاسبه شارژینگ و ترافیک سنجی و.. که مربوط به مشترکین هست نیز به اتمام رسیده و پکتی به نام REALES از مرکز مبدأ به مرکز مقصد فرستاده می شود. مرکز مقصد نیز برای مشترک مقصد یک Tone یا سیگنالی به نام سکوت یا Silence می فرستد. مشترک مقصد نیز گوشی را گذاشته و پس از دریافت سیگنال On-Hook ،مرکز مقصد برای مرکز مبدأ پکتی به نام REALSE COMPLETE فرستاده و هردومرکزبه حالت نرمال می روند [18]
در شکل شماره 4 نیز مراحل گراف سیگنالینگی یک تماس ،در حالت مشغول بودن مشترک مقصد رسم شده است. تمام مراحلی که در یک تماس تلفنی موفق توضیح داده شد، در حالت مشغول بودن مشترک نیز وجود دارد، با این تفاوت که وقتی که مرکز مقصد پکت ACM را برای مرکز مبدأ فرستاد و مرکز مقصد پس از آنالیز شماره مشترک مقصد متوجه شد که مشترک مقصد مشغول است، بلافاصله پکتی به نام User Busy برای مرکز مبدأ می فرستد. مرکز مبدأ نیز برای مشترک تماس گیرنده Tone Busy را فرستاده و مشترک مبدأ گوشی را گذاشته و سیگنال On-Hook برای مرکز مبدأ فرستاده می شود. در ادامه مثل حالت قبلی پکت های REL و RLC نیز بین مراکز فرستاده می شود. [18]
-3 مدل سازی وتشخیص عیب توسط شبکه پتری
برای مدل کردن سیگنالینگ متناظر با حالت برقراری تماس موفق به کمک شبکه پتری، ابتدا در سیگنالینگ ISUP پیشامدها و حالات سیستم را مشخص می کنیم. حالت ها را متناظر با مکان ها و پیشامدها را متناظر با گذرها در نظر می گیریم که وزن تمامی کمان ها در این مدل یک می باشد. توصیف کامل مراحل مدل شکل3 و شکل 4در بخش 2 به همراه گذر مربوطه بر اساس ترتیب وقوع در جدول شماره 1 آورده شده است. در شکل 5 شبکه پتری متناظر با سیگنالینگ های تماس موفق و مشغول بودن مشترک مقصد با استفاده از نرم افزار PIPE رسم شده است. ضمنا گراف دسترس پذیری این شبکه نیز قابل استخراج است که با توجه به محدودیت صفحات از ارائه آن خودداری شده است. این گراف دسترسی توسط نرم افزار PIPE [19] بدست آمده و ترسیم شده است.
