The effects of the structural changes made in the lower layer software to other layers can reach unpredictable dimensions in some projects. This can lead to both unpredictability of project cost and unpredictable technical and timing risks. In this study, the experience and architectural design approach of a multi-layered software architecture with a structural change in the underlying software of the integrated VoIP (Voice over IP) system of software product owned by Netas is shared. The solution approach of the node location expansion project which is expected to have a high impact on system behavior due to the substrate changes to be made has been described.
1 Netas Telecommunications, Istanbul, Türkiye {fayvaz,ydonmez}@netas.com.tr
Telekomünikasyon ağlarında uçtan uca haberleşmenin sağlanabilmesi için,
bünyesinde çok sayıda yazılımsal ve donanımsal bileşeni barındıran tümleşik VoIP sistemleri
kullanılmaktadır [
Bu çalışma beş bölümden oluşmaktadır. Bölüm 2’de Netaş’ın müşterilerine sunduğu tümleşik VoIP sistemi çözüm mimarisi, Bölüm 3’te tümleşik VoIP sistemlerinde yazılım geliştirme süreçleri, Bölüm 4’te çekirdek birimi çok katmanlı yazılım mimarisi ve Bölüm 5 ve 6’da çekirdek birimi alt yazılım katmanlarında yapılan bir proje deneyimi ve mimari tasarım yaklaşımı anlatılmıştır. Son bölümde ise genel değerlendirmelere ve sonuçlara değinilmiştir. 2
Netaş’ın müşterilerine sunduğu tümleşik VoIP sistemi çözüm mimarisi Şekil 1’de
verilmiştir. Tümleşik VoIP sistemi çözümü değişik görevleri yerine getiren çok sayıda
alt bileşenden oluşmaktadır ve 1300 civarında servisi müşterilerine sunabilmektedir
[
Şekil 1. Tümleşik VoIP Sistem Mimarisi
Tümleşik VoIP sistemi ITU-T, ETSI ve IETF gibi standart organizasyonları
tarafından oluşturulmuş nerdeyse tüm haberleşme standartlarını desteklemektedir. Bu
sistemi oluşturan bileşenlerden bazıları şunlardır [
Çekirdek Birimi: Çağrıların kurulması, yönlendirilmesi ve sonlandırılması esnasında gerçekleşen işaretleşme ve arama servisleri ile ilgili tüm denetimleri sağlamaktadır. Çekirdek birimi yaklaşık 33,5 milyon kod satırından oluşan çok katmanlı bir yazılım mimarisine sahiptir.
Ağ Geçidi Birimi: Transfer katmanında TDM hatları, TDM trankları ve No:7 (SS7) işaretleşme sistem ile IP tabanlı işaretleşme protokolleri arasında dönüşüm yapmaktadır.
Ağ Geçidi Denetleyicisi Birimi: Çekirdek ile ağ geçidi arasındaki bağlantıyı kurmaktadır.
Trank Oturum Sunucusu Birimi: Santrali IP altyapıya bağlayan ve diğer IP
santraller ile bağlantıyı sağlayan birimdir. Oturum Trank Sunucusu, IMS ve diğer
santraller arasındaki mesajlaşmalarda SIP [
Hat Oturum Sunucusu Birimi: Santralin IP tabanlı SIP hatları ve SIP PBX bağlantılarını sağlayan birimdir.
İşletim Yönetim Birimi: Çok bileşenden oluşan VoIP santraline Telekom operatörleri tarafından uzaktan erişilip denetim takibinin yapılmasını sağlayan birimdir.
Şekil 2. Tümleşik VoIP Sistemlerinde Yazılım Geliştirme Süreçleri [
Tümleşik VoIP sistemi karmaşık bir yazılım mimarisini sahiptir ve yapılacak yazılım
geliştirme projelerinin mimariye uygunluğunun ölçeklendirilebilmesi gerekmektedir.
Proje planlaması yapılırken ardışık yazılım fazlarının uygulanması zorunludur. Bu
nedenle tümleşik VoIP sisteminde Şekil 2’de görüldüğü gibi geleneksel yazılım
geliştirme süreçlerinden birisi olan Şelale süreci (Waterfall process) [
Yazılım sürüm planlama ve geliştirme sürecini iş geliştirme ekipleri fikir, fırsat,
tanımlama, uygulama, müşteri maruziyet ve yayılım fazları altında takip ederler.
Tasarım ekipleri ise tasarım fazı 0-3 ve sistem doğrulama 1-2 fazları olarak takip
ederler. Fikir fazında ürün müdürleri müşteri gereksinimlerini Özellik Gereksinim
Dökümanı (ÖGD) altında toplarlar. Tasarım ekipleri içerisinde yer alan yazılım
mimarları ise ÖGD seviyesi proje maliyetini içeren Tasarım Maliyet Tahmini (TMT)
dökümanını hazırlar. Fırsat fazında (Tasarım Fazı 0) ise yazılım mimarları tarafından
mimari tasarım oluşturulur ve İleri Seviye Tasarım (İST) dökümanı yazılır. Ayrıca
yazılım mimarları tarafından gereksinimler ürün özelliklerine göre şekillendirilir ve
yeni türetilmiş (derived) gereksinimler Özellik Teknik Dökümanında (ÖTD) toplanır.
ÖTD gereksinimlerine göre proje maliyeti hesaplanır. ÖTD seviyesi Tasarım Maliyet
Tahmini (TMT) dökümanı hazırlanır. Proje planlaması buna göre detaylandırılır [
Şekil 3. Çekirdek Birimi Çok Katmanlı Yazılım Mimarisi 4 Çekirdek Birimi Alt Yazılım Katmanlarında Yazılım
Bu çalışmada Kuzey Amerika Pazarı için geliştirilmesi planlanan telekom ağ
modernizasyonu projesi kapsamında çevresel düğüm konum sayısının 256’dan 4096’ya
artırılması için yapılan yazılım mühendisliği faaliyetleri analiz edilmiştir. Bu
çalışmanın ortaya koyduğu gereksinimin gerçeklenebilmesi için Şekil 3’te gösterilen
Tümleşik VoIP sisteminin PROTEL dilinde [
Projenin mimari analiz fazında, proje kapsamında yapılması gerekli olan en temel değişikliğin Şekil 4’te gösterilen ve bünyesinde veri yapı elemanı olarak düğüm konum sayısı bilgisini içeren nodeName veri yapısının boyutunun artırılması olduğu belirlenmiştir. nodeName veri yapısı tüm çekirdek birimi tarafından kullanılan temel veri yapılarından biridir ve toplamda 32 bit bellek alanında saklanabilmektedir. Proje kapsamında nodeName içerisinde yer alan nodeLoc veri yapısı elemanının 256’dan (8 bit bellek alanı) 4096’ya (12 bit bellek alanı) çıkarılması gereklidir. Bu durum nodeName veri yapısı bellek kullanımının artmasına neden olmaktadır.
Projenin geliştirilmekte olduğu çekirdek biriminin alt katmanlarında bulunan veri yapılarında bir değişiklik yapılabilmesi için en uygun mimari tasarım yöntemi, değişiklik yapılacak olan veri yapısının etkilediği tüm global veri yapıları, veri dizileri, fonksiyonlar, sınıflar gibi yazılım parçalarını içerisinde bulunduran ve modül adı verilen kaynak kod dosyalarının incelenerek analiz edilmesi olarak belirlenmiştir. Bu inceleme ve analiz safhasında katmanlar, katmanlar arası sistemler, sistemler arası alt sistemler, en alt seviyede modüllerin olduğu hiyerarşik bağımlılık çizgesi oluşturulur.
Şekil 4. nodeName veri yapısı Şekil 5’te bu çizgenin bir örneği verilmiştir. Burada en altta yer alan Alt Sistem 1 grubunda yer alan Modül1’de (düğüm konum sayısının arttırılması projesinde değişen nodeName veri tipinin bulunduğu modül) tanımlanmış olan bir veri yapısında değişik olduğunda üstte bulunan ve nodeNode veri yapısından etkilenen modüllerde bulunan yazılımların analiz edilmesi gerekmektedir.
Yapılan analiz sonucunda nodeName veri yapısının bellek alanının genişletmesinin Telekom Altyapı katmanında ve Servisler katmanında yer alan yaklaşık 2035 modülü etkileyeceği tespit edilmiştir. Bu modüllerde nodeName veri yapısının diğer veri yapılarının elemanı olmasının yanında bellekte saklanan bazı veri dizilerinin elemanı olarak kullanılmakta olduğu saptanmıştır. Ayrıca nodeName veri yapısını kullanan diğer veri yapılarının ve veri dizilerinin başka veri yapıları ve veri dizileri tarafından kullanıldığı belirlenmiştir. Şekil 6’da gösterildiği gibi nodeName bellek alanının genişletilmesinin en çok ikinci seviye kullanımdaki veri yapılarını etkilediği tespit edilmiştir. Şekil 5. Alt Sistemler ve Modüller Arasındaki İlişkiyi Gösteren Hiyerarşik Bağımlılık Çizgesi Şekil 6. nodeName kullanım seviyesine göre etkilenen modül sayısı 4.2
Projenin mimari tasarım fazına belirlenen analiz sonuçları doğrultusunda başlanmıştır. Bölüm 5’te daha detaylı olarak anlatıldığı gibi referans alınan analiz sonuçlarının proje maliyet hesaplamaları yapıldığında yapısal büyük çaplı değişikliklerden dolayı bir takım belirsizlikler mevcuttur. Bu durumda projenin risk analizi gözden geçirilmiş ve riskin en aza indirilmesi için ileri seviye mimari tasarım çalışmaları başlatılmıştır. Söz konusu çalışmalar İleri Seviye Tasarım (İST) dökümanı kapsamında nodeName veri yapısının bellek kullanımını arttırmanın haricindeki olası mimari çözüm önerileri yapılan mimari tasarım toplantılarında masaya yatırılmıştır. Yapılan ileri seviye analiz çalışmalarında sistem tarafından desteklenen çevresel düğüm sayısının 4096 (12 bit) olmasına rağmen NodeName veri yapısı içerisinde yeralan ve integer (16 bit) olarak tasarlanan nodeNo elemanının 4096’ya indirilmesinin mümkün olduğu ve bu değişikliğin sistem davranışına etkilerinin incelenmesi için prototip çalışması yapılmasına karar verilmiştir. Bu mimari tasarımın yöntemi nodeName veri yapısının boyutunu değişmeyeceği için (32 bit olarak kalmaya devam edecek) diğer modüllere etkilerinin düşük seviyede olacağı ve proje maliyetine pozitif etki edeceği düşünülmüştür.
Bu doğrultuda hazırlanan prototip çalışmasında nodeName veri yapısı Şekil 7’de gösterildiği gibi tasarlanmış ve gerçek laboratuvar ortamında test edilmiştir. Yeni tasarlanan veri yapısında nodeLoc belleğin 16 bit hizalı kullanım gereksimi nedeni ile nodeLocLS ve nodeLocMS şekilde ikiye bölünmüştür.
Şekil 7. Dönüştürülmüş nodeName veri yapısı 5
Projenin mimari tasarım sürecinin başlarında tasarım yöntemi olarak nodeName veri yapısının bellek alanının arttırılması önerilmiştir. Ancak mimari tasarım çalışmalarının başında proje maaliyetine etkilerini tam anlamıyal belirlemek mümkün değildir. Karşılaşılan bu belirsizlik nedeniyle Tasarım Maliyet Tahmini (TMT) dökümanında proje maliyeti ±%50 yanılma oranlı olarak 81.5 adam-ay şeklinde hesaplanmıştır.
Mimari tasarım sürecinin ileri aşamalarında önerilen yeni tasarım yöntemi ile geliştirilen prototip çalışması sonrası yapılan test sonuçlarına göre proje tasarımının dönüştürülmüş yeni nodeName veri yapısı ile yapılabileceği kararı verilmiş ve prototipte oluşturulan yeni mimari tasarıma göre Tasarım Maliyet Tahmini (TMT) dökümanında proje maliyeti 31 adam-ay şeklinde hesaplanmıştır.
İki mimari tasarım önerisinin maliyetleri Şekil 8’de yeralan birinci grafikte yer
almaktadır. Bu grafikte tasarım fazlarına göre ayrıştırılmış maliyet gösterilmiştir.
İkinci grafikte ise ikinci mimari tasarım yönteminin birinci mimari tasarım yöntemine
göre sağladığı maliyet tasarrufu yüzdesel olarak gösterilmiştir. Proje maliyetindeki
toplam tasarruf %62 olarak hesaplanmıştır. Bu tasarruf büyük oranda Tasarım Fazı 1,
2 ve 3 [
Şekil 8. Mimari Tasarım Maliyetlerinin Karşılaştırılması 6
Bu çalışmada tümleşik VoIP santralinin çekirdek birimi çok katmanlı yazılım mimarisi anlatılmış ve alt katman yazılım bileşenlerinde geliştirilen telekom ağ modernizasyonu projesi kapsamında çevresel düğüm konum sayısının arttırılması 256’dan 4096’ya çıkartılması projesindeki deneyim ve mimari tasarım yaklaşımı anlatılmıştır. Tasarım Fazı 0 sürecinde geliştirilen yeni mimari tasarım yöntemi ile toplam proje maliyetinde %62 oranında indirim sağlamıştır.