Implementacija sustava za dinamičku prilagodbu karakteristika DSL linija u okruženju

telekomunikacijskog operatora

Dren Butković, Nenad Dragun HT – Hrvatski telekom d.d. / Sektor za upravljanje mrežom i korisničkim uslugama

Kupska 2, 10000 Zagreb, Republika Hrvatska dren.butkovic@t.ht.hr, nenad.dragun@t.ht.hr

Sažetak - Telekomunikacijski operatori svakodnevno se

susreću s izazovima povećanja broja korisnika, povećanja

propusnosti mreže i smanjenja troškova održavanja u

pružanju širokopojasnih usluga temeljenih na xDSL

tehnologijama koje koriste bakrenu paricu kao medij za

prijenos podataka. Bakrena parica u svojem nastanku nije

bila zamišljena za prijenos velike količine podataka,

podložna je vanjskim utjecajima ( preslušavanje u kabelu,

meteorološke nepogode, radio interferencije i slično ) pa je

potrebno uložiti dodatne napore kako bi se optimalno

iskoristila kao medij.

Ovaj članak opisuje izvedbu DSM (Dynamic Spectrum

Management) sustava u mreži velikog telekomunikacijskog

operatora. U radu opisani sustav prepoznaje degradacije

usluge u mreži, prilagoñava DSL linijske parametre te

poboljšava kvalitetu linije i smanjuje njenu osjetljivost na

vanjske utjecaje.

I. UVOD

Bakrena parica još uvijek predstavlja najzastupljeniji

medij za pristup brzom Internetu i ostvarivanje širokopojasne komunikacije u Hrvatskoj. Ne samo da bakrena parica nije zamijenjena drugim prijenosnim medijima npr. optičkim vlaknom nego se pred operatere postavljaju zahtjevi pružanja sve većih brzina i kompleksnijih usluga uz konstantno povećanje broja korisnika. Brzine prijenosa koje se ostvaruju na bakrenoj parici nerijetko prelaze 10 Mbit/sek a postojeća pristupna mreža nije imuna na razne vanjske utjecaje kao što su: preslušavanja u kabelu, meteorološke nepogode, radio interferencije i slično.

Sustav za dinamičku prilagodbu xDSL[9] linija (DSM)

[10] razvijan i implementiran u mreži operatera s ciljem prepoznavanja korisničkih linija s lošijim performansama i servisnim karakteristikama te automatske prilagodbe korisničke linije čime se direktno utječe na kvalitetu usluge.

DSM sustav je zamišljen kao proces koji kontinuirano

prati definirani skup parametara za koje je testiranjima

dokazano da imaju direktan utjecaj na kvalitetu prijenosa podataka. Linije koje su prepoznate kao nekvalitetne ulaze u proces optimizacije pri čemu se vodi računa o samoj vrsti usluge koja se pruža korisniku. Proces optimizacije u konačnici primjenjuje novi odgovarajući profil na DSLAM-u [14].

Sustav ima ugrañen mehanizam kontrole rada linije s novo primijenjenim profilom. Osim želje za povećanjem kvalitete linije DSM sustav vodi brigu o tome da se sve promjene na korisničkim linijama odvijaju u vrijeme kada će utjecaj na uslugu biti najmanji.

DSM sustav se sastoji od nekoliko aplikacija i procesa: Aplikacija APP (Automatska Promjena Profila) -

upravlja procesom odabira DSL linija koje ulaze u proces optimizacije, inicira promjene profila te provjerava status linije nakon promjene profila.

Proces APP se u svojem radu naslanja na slijedeće

OSS/NMS (Operations support systems/ Network Management System) sustave [16]/[15]:

POL (Periodičko Očitanje Linija) - baza periodičkih očitanja linijskih i servisnih parametara korisničkih portova s DSLAM-ova.

BBProvisioner – univerzalno sučelje za konfiguraciju

DSLAM-ova. Sustav pristupa element managerima (EM) [11] putem NBI sučelja [12].

Osim navedenih sustava APP proces ima sučelje prema tehničkoj bazi opreme i servisa.

U poglavlju II opisana je arhitektura i implementacija DSM sustava. U III poglavlju opisan je algoritam rada APP procesa. U IV poglavlju opisani su DSLAM profili korišteni u optimizaciji xDSL linija a u IV poglavlju opisan je mehanizam promjene profila.

U V poglavlju predstavljeni su rezultati rada sustava a u sljedećim poglavljima opisana su moguća poboljšanja i reference.

MIPRO 2012/CTI 597

II. ARHITEKTURA I IMPLEMENTACIJA DSM SUSTAVA

Centralni dio DSM sustava je aplikacija APP

(Automatska Promjena Profila) koja u svojem radu komunicira s nekoliko OSS/NMS sustava i aplikacija. Na slici 1 prikazana je arhitektura DSM sustava.

Opis komponenti DSM sustava te komponenti s kojima

DSM sustav komunicira:

APP (Automatska Promjena Profila) – aplikacija u kojoj je implementirana logika detekcije DSL linija koje ne zadovoljavaju definirane parametre kvalitete. Podaci o kvaliteti linije dnevno se agregiraju iz POL sustava a tehnička baza opreme i servisa koristi se u procesu primjene graničnih vrijednosti. APP takoñer upravlja procesom odabira profila koji se primjenjuju na pojedinom korisničkom portu a sama promjena profila odvija se preko sustava BBProvisioner. Nakon uspješne promjene profila APP aplikacija provjerava rada DSL linije nakon primjene novog profila. Aplikacija komunicira s više OSS/NMS sustava koji su niže navedeni. Za razvoj aplikacije APP korišteni su OpenSource alati (Python v2.5 [2], PostgreSQL v8.1 [3], Apache [4], Linux CentOS v5.3[5]).

POL (Periodičko Očitanje Linija) - baza periodičkih očitanja linijskih i servisnih parametara korisničkih portova s DSLAM-ova. Sustav očitava parametre putem snmp protokola u intervalima od 15 i 60 minuta. Podaci iz POL baze nužni su za odreñivanje kvalitete DSL linije

BBProvisioner – univerzalno sučelje za konfiguraciju

DSLAM-ova. Sustav pristupa element managerima (EM) putem NBI sučelja. APP ostvaruje komunikaciju s BBProvisioner aplikacijom kako bi dobio informaciju o trenutnom profilu na korisničkom portu i/ili inicirao promjenu profila. Sustav trenutno ima mogućnost komunikacije s tri različite DSL platforme.

XMP API – sučelje za provjeru statusa korisničkog porta na DSLAM-u. DSM sustav prije promjene korisničkog profila provjerava da li je na DSL liniji ostvarena sinkronizacija izmeñu DLSAM porta i korisničkom mopdema.

DIS (Documentation and Inventory System) – tehnička baza opreme i servisa. DSM sustav primjenjuje različite kriterije kvalitete linije ovisno o uslugama koje korisnik ostvaruje preko DSL linije. Tehnička baza je centralno mjesto spremanja informacija o korisničkim uslugama.

Slika 1. Arhitektura DSM sustava

598 MIPRO 2012/CTI

III. ALGORITAM APP PROCESA

Zadatak APP sustava je prepoznati korisničke DSL

linije lošije kvalitete tj. linije s narušenim linijskim i/ili servisnim parametrima te promjenom parametara na liniji povećati stabilnost linije, povećati otpornost linije na vanjske utjecaje a time povećati kvalitetu usluge.

Algoritam APP sustava je zamišljen kao kontinuirani proces koji se sastoji od nekoliko koraka koji se izvršavaju slijedećim redoslijedom:

- dnevna agregacija POL podataka, generiranje dnevne liste portova s narušenim performansama

- period praćenja korisničkih linija u duljem vremenskom periodu i generiranje liste portova koje ulaze u proces optimizacije

- odabir novog profila koji će se primijeniti na korisničkoj liniji

- provjera statusa korisničke linije prije promjene profila

- promjena profila na korisničkom portu - provjera statusa korisničke linije nakon promjene

profila - period praćenja stanja linije nakon primjene

novog profila te odlučivanje o zadržavanju postojećeg profila ili vraćanje starog profila

Početni korak u radu algoritma je prepoznati linije narušene kvalitete a sustav se za potrebe detekcije takvih linija koristi podacima koje prikuplja sustav naziva POL (Periodičko Očitanje Linija ). POL sustav kontinuirano očitava linijske i servisne parametre sa svih xDSL linija.

Slijedeći parametri su definirani kao ključni pokazatelji stabilnosti DSL linije te direktno ukazuju na kvalitetu pružene usluge.

- SNR_DS (signal noise ratio downstream) [8] – omjer signal/šum u silazu

- SNR_US (signal noise ratio upstream) [8] – omjer signal/šum u uzlazu

- ES (error second) [6] – broj intervala od jedne sekunde s bilo kojom zabilježenom pogreškom u prijenosu

- SES (severely errored second) [7] – broj intervala od jedne sekunde unutar kojeg se više puta dogodio out-of-frame (OOF) i ozbiljno je narušena kvaliteta prijenosa

- INITS [13] – broj pokušaja inicijalizacije DSL sinkronizacije

Kriterij odabira linija s narušenom kvalitetom usluge nije isti za sve korisničke linije već ovisi o tipu usluge koje je podijeljena u dvije osnovne skupine:

1 – samo Internet usluga 2 – Internet + IPTV i/ili VoIP usluga

Tablica niže prikazuje kriterije kvalitete DSL linije.

Tablica I. kriteriji kvalitete DSL linije Parametar „samo Internet“ „Internet+ IPTV/VoIP“ SNR_DS < 4dB za > 10%

očitanja < 6dB za > 10% očitanja

SNR_US < 4dB za > 10% očitanja

< 6dB za > 10% očitanja

ES > 40 za > 10% očitanja

> 10 za > 10% očitanja

SES > 4 za > 10% očitanja

> 0 za > 10% očitanja

INITS > 0 za > 10% očitanja

> 0 za > 5% očitanja

APP sustav jednom dnevno agregira POL podatke za protekla tri dana a zatim primjenjuje kriterije o kvaliteti linije prikazane u tablici broj 1. Ukoliko linija zadovolji bilo koji od pet navedenih uvjeta biti će uvrštena u dnevnu listu portova narušene kvalitete. Praćenjem rada DSM sustava u duljem vremenskom periodu primijećeno je da vremenske nepogode direktno utječu na pad kvalitete usluge. Algoritam APP-a definiran je tako da će djelovati samo na linije koje dulji vremenski period imaju narušene parametre kvalitete. Kako bi se iz procesa isključili portovi s povremenim, kratkotrajnim lošim parametrima kvalitete u proces optimizacije ulaze samo portovi koji se pojavljuju u više dnevnih lista nastalih agregiranjem POL podataka. Ulazna lista portova za obradu APP procesa nastaje presjekom tri dnevne liste u zadnjih 9 dana. Proces ima još jedan uvjet na ulaznu listu portova a to je da se promjene parametara smiju primijeniti na najviše 10% portova istog mrežnog elementa tj. DSLAM-a. Ovaj uvjet je uveden iz razloga što sinkronizacija DSL linije ima utjecaja na susjedne linije u kabelu. Kako bi proces promjene profila što manje utjecao na pružanje usluge, promjene profila se odvijaju isključivo u noćnim satima u intervalu od 1 sat poslije ponoći do 6 sati ujutro. Proces istovremeno vrši promjene na više platformi i više mrežnih elemenata. Broj procesa je moguće po potrebi prilagoñavati, zavisno od broja portova nad kojima se radi promjena profila, specifičnostima pojedinih platformi i slično. Proces APP prije promjene profila provjerava trenutni profil na portu te status DSL linije. Novi profil će se primijeniti samo ako je korisnički modem sinkroniziran jer je jedino u tom slučaju moguće provjeriti da li se korisnički modem nakon promjene profila opet

MIPRO 2012/CTI 599

sinkronizirao. Ukoliko modem nije sinkroniziran, novi profil se neće primijeniti a korisnička linija će u nekoj od idućih iteracija APP procesa, kada bude sinkronizirana, doći na red za promjenu profila. Trenutni profil na DSL portu ulazni je podatak za odabir novog profila koji APP sustav primjenjuje s ciljem poboljšanja kvalitete linije. Nakon promjene profila korisnički DSL modem ponovno se sinkronizira s portom na DSLAM-u. Proces ima ugrañen mehanizam provjere sinkronizacije nakon promjene profila te u slučaju da se nakon 10 minuta od promjene profila modem nije sinkronizirao profil se vraća na profil prije posljednje promjene. Linije za koje DSM sustav nije postigao zadovoljavajuće poboljšanje performansi označavaju se kao „nepopravljive“ te se putem sustava za upravljanje resursima i procesima zadaci prosljeñuju tehničarima na terenu koji će izvidom na terenu ustanoviti problem te otkloniti smetnju.

IV. OPIS KORIŠTENIH PROFILA

S obzirom da je na strani telekomunikacijskog

operatora DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), odnosno port na DSLAMu vezan uz korisničku liniju, točka na kojoj se najviše može kontrolirano utjecati na karakteristike linije, APP sustav težište svog djelovanja stavlja na ovaj element.

Na korisničkom DSLAM portu moguće je djelovati na različite parametre linije ovisno o proizvoñaču opreme, meñutim postoje i standardne grupe parametara koji su zastupljeni kod svih proizvoñača. Tako je na primjer osim parametara koji su vidljivi i krajnjem korisniku kao što su brzina u silazu i uzlazu i kanala za pojedine usluge (PVC – Permanent Virtual Circuit), uobičajeno konfigurirati i izlaznu snagu po liniji, broj istovremeno spojenih ureñaja po liniji, razne zaštite od napada izvana (npr Anti IP spoofing), ADSL standard po kojem radi linija i mnoge druge ovisno o mreži operatora i usluzi korisnika. Željene karakteristike linije dobivaju se kao posljedica ispitivanja i mjerenja karakteristika linija s točno podešenim vrijednostima odreñenih parametara. Uobičajeno je nakon takvih ispitivanja vrijednosti različitih parametara grupirati i takvu grupnu konfiguraciju parametara primjenjivati na sve portove u mreži za koje se želi dobiti ista ili slična karakteristika linije. Takva grupna konfiguracija više parametara linije koja se željeno postavlja na korisnički port na DSLAM-u naziva se korisničkim ADSL profilom. Ovisno o mogućnostima platforme moguće ga je kao takvog spremati na samoj platformi ili se o grupiranju parametara brinu prateći OSS sustavi. Za potrebe DSM sustava unutar T-COM Hrvatska napravljeni su tzv. lanci profila za svaku pojedinu uslugu po brzinama. Unutar istog lanca će se tako nalaziti profili koji korisniku omogućavaju korištenje tražene usluge a redoslijed im je složen po sličnosti inicijalnom profilu koji se postavlja na korisnički port prilikom aktiviranja usluge.

DSM sustav u svom radu za pojedini port prolazi kroz pripadajući lanac tako da prvo na korisnički DSL port postavi profil najsličniji početnom, zatim ako je potrebno sljedeći najsličniji itd.

Slika 2. Lanci profila za DSM sustav

Profili koji su bliži početnom, prvenstveno koriste različite mehanizme zaštite prijenosa podataka, a kako se odmiče po lancu ide se i prema degradaciji brzine prijenosa podataka. Kao mehanizmi zaštite prijenosa podataka koriste se zaštite od utjecaja impulsnog šuma kao što su INP [18] (Input Noise Protection) koji mjeri nalete šuma u intervalima od 0,25 milisekundi i kašnjenje (delay) koje nastaje kao posljedica korištenja mehanizma umetanja kontrolnih bitova u pakete podataka i njihovog micanja na odredištu. Praćenjem omjera ova dva parametra može se odreñivati potrebna dužina podatkovnih paketa i na taj način utjecati na kvalitetu DSL linije. Dodatno se kao zaštita koristi i isključivanje SRA [17] (Seamless Rate Adaptation) mehanizma kojeg nudi ADSL2 standard.

V. MEHANIZMI PROMJENE PROFILA

APP sustav u svom radu komunicira s nekoliko

mrežnih platformi, izvedenih od strane različitih proizvoñača. Da bi ostvario promjene sustav šalje zahtjeve prema jednom od modula OSS aktivacijske platforme. Prije slanja zahtjeva s promjenama sustav očitava i vrijednosti parametara o kojima će ovisiti daljnji tijek aktivnosti prema pravilima algoritma aplikacije. Komunikacija OSS aktivacijske platforme s odredišnim mrežnim platformama izvedena je koristeći njihova otvorena programibilna sučelja (API – Application Programming Interface). Putem ovih programibilnih sučelja sustav preko element managera pojedine platforme postavlja ili čita parametre linije u skladu s ranije spomenutim pravilima. Modul OSS aktivacijske platforme na koji APP šalje svoje zahtjeve za promjenama ili očitanjima konfiguracija naziva se BBProvisioner. Ova komponenta u procesu promjene konfiguracije na mrežnom elementu koristi

600 MIPRO 2012/CTI

tehničku bazu pomoću koje je moguće uspostaviti vezu izmeñu usluge i mrežnih elemenata koji su korišteni za njenu realizaciju. Čitajući ove podatke komponenta zna prema kojem element manageru treba proslijediti zahtjev.

Slika 3. Prikaz mehanizma promjene profila

Dodatno, komponenta ovisno o platformi, a u skladu s definiranim sljedovima profila na element manageru postavlja odgovarajuće parametre za svaku pojedinu DSL liniju čije definicije se pohranjuju na aktivacijskoj platformi. U trenutnoj izvedbi BBProvisioner za komunikaciju s element managerima se koristi TL1 i CORBA sučelja, ali sama komponenta praktički nema ograničenja na tehnologiju. BBProvisioner modul aktivacijske platforme izveden je korištenjem Java Servlet tehnologije putem koje zaprima HTTP zahtjeve i dalje ih prosljeñuje na core komponente koje znaju komunicirati s odredišnim platformama. Komponenta kao servlet container koristi Apache Tomcat.

VI. REZULTATI RADA SUSTAVA

Rezultati rada DSM sustava temelje se na 5 mjeseci

rada u produkcijskoj mreži telekomunikacijskog operatera. Iz analize se može zaključiti da je DSM sustav vidno smanjio broj ES/portu u danu. Osim toga, ukupan broj portova koji prelaze granične uvjete kvalitete DSL linije su takoñer smanjeni. Vidljivo je takoñer da je došlo do trenda smanjenje broja SES/portu no isto tako je vidljivo da povremene vremenske nepogode mogu kratkotrajno narušiti performanse DSL linije.

Na slijedećim grafovima prikazan je utjecaj DSM

sustava na mrežu operatera.

Slika 4. Prikaz broja DSL linija po platformi koje ne

zadovoljavaju kriterije kvalitete.

Slika 5. Prikaz broja DSL linija koje ne zadovoljavaju kriterij za SNR

Slika 6. Prikaz broja DSL linija koje ne zadovoljavaju

kriterij za ES, SES ili INITS

MIPRO 2012/CTI 601

Slika 7. broj ES, normalizirano po portu za cijelu

mrežu operatora

Slika 8. broj SES, normalizirano po portu za cijelu

mrežu operatora

Slika 9. broj INITS, normalizirano po portu za cijelu

mrežu operatora

Slika 10. Prikaz broja DSL linija koje ulaze u proces

optimizacije profila

VII. MOGUĆA UNAPRJEðENJA

DSM sustav trenutno kvalificira korisničku DSL liniju analizirajući samo pet parametara koje dohvaća iz POL sustava. Sustav se može poboljšati tako da analizu kvalitete linije radi na osnovu većeg broja parametara. Takoñer, sustav ne mora biti ograničen samo na analizu podataka iz POL sustava nego ulazni podaci mogu biti razne tehničke baze, podaci iz baze kontaktnog centra i slično. Takoñer, DSM sustav trenutno profile mijenja slijedno po unaprijed definiranom redoslijedu. Slijedeće inačice sustava mogu odabir optimalnog profila odreñivati usporeñivanjem linijskih i servisnih parametara linije prije i nakon promjene svakog od profila.

VIII. Zaključak

DSM sustav se pokazao kao koristan sustav koji preventivno djeluje na povećanje kvalitete korisničkih DSL linija. Sustav automatizirano prepoznaje problematične linije i utječe na poboljšanje performansi čime se direktno povećava kvaliteta usluge.

Najveće značajke sustava su:

- Automatsko prepoznavanje linija narušene kvalitete

- Preventivno podizanje kvalitete DSL linija - Smanjenje broja poziva u kontaktni centar - Veći broj otklona smetnji bez potrebe za radom

tehničara na terenu

Sustav svojim radom povećava efikasnost održavanja mreže čine se smanjuju troškovi održavanja.

IX. Reference

[1] TAM - The OSS/BSS System Landscape http://www.amdocs.com/site/post/docs/tam.pdf [2] Python Programming Language http://www.python.org/

602 MIPRO 2012/CTI

[3] PostgreSQL OpenSource database http://www.postgresql.org/ [4] Apache HTTP server project - http://httpd.apache.org/ [5] CentOS - Enterprise-class Linux Distribution http://www.centos.org/ [6] ES errored second http://en.wikipedia.org/wiki/Errored_second [7] SES severely errored second http://www.javvin.com/networkingterms/SES.html [8] SNR http://en.wikipedia.org/wiki/Signal-to-noise_ratio [9] DSL - Digital subscriber line http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line [10] DSM -http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Spectrum_Management [11] EM -http://en.wikipedia.org/wiki/Element_Management [12] NBI - http://en.wikipedia.org/wiki/Northbound_interface [13] RFC 1662 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2662.txt [14] DSLAM - http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line_access_multiplexer [15] NMS - http://en.wikipedia.org/wiki/Network_management_system [16] OSS - http://en.wikipedia.org/wiki/Operations_support_system [17] ADSL SRA - http://en.wikipedia.org/wiki/Asymmetric_digital_subscriber_line [18] DSM protection levels - http://www.scholarpedia.org/article/Digital_subscriber_line_%28DSL%29

MIPRO 2012/CTI 603