Анализ и оптимизация цифровых сетей интегрального обслуживания

Анализ и оптимизация цифровых сетей интегрального обслуживания

Содержание

Введение

. Постановка задачи

. Методика решения задачи

2.1 Расчет среднего времени доставки пакета для каждого вида информации

2.2 Расчет структурных параметров

. Сравнение двух структур

Заключение

Литература

Введение

Интегрированная передача голоса и данных важна для разработки как провайдерских, так и корпоративных сетей. Провайдеров привлекает низкая стоимость - в настоящее время стоимость передачи голосовых пакетов составляет от 20 до 50% стоимости передачи по обычным аналоговым голосовым каналам. Разработчики корпоративных сетей заинтересованы в уменьшении затрат, связанных с уплатой пошлин и с транзитной коммутацией. И те, и другие заинтересованы также в так называемой "неявной" экономии, получаемой за счет удешевления обслуживания и более эффективного контроля и управления сетью. Наконец, пакетные голосовые системы открывают доступ к новым, улучшенным службам, таким как UnifiedMessaging и управление, приложениями, а те, в свою очередь, обещают повышение производительности труда пользователей и более разнообразное обслуживание.

В последние годы, благодаря взаимодействию сторон, обеспечивающих спрос и предложение, развитие технологий интегрированной передачи голоса и данных значительно ускорилось. Потребители увеличивают инвестиции в сетевую инфраструктуру, чтобы воспользоваться преимуществами интегрированных приложений, в том числе и голосовых. Производители получили возможность воспользоваться научными достижениями во многих областях, в частности в тех, которые связаны со стандартами, технологиями и производительностью

Стандарты

Многие стандарты для взаимодействия при передаче голосовых сигналов были ратифицированы и доведены до приемлемой функциональной совместимости. Это уменьшает риск и затраты, с которыми сталкиваются производители компонентов систем интегрированной передачи голоса и данных. Уменьшается и риск потребителя. Такие стандарты, как №325 (утвержденный ITU в июне 1996 г.), в настоящее время проходят третью и четвертую редакцию (по состоянию на 2006 год), а ранее созданные продукты, хотя и основаны на первоначальных стандартах, тем не менее обладают обширными возможностями и функциональной совместимостью. В свою очередь, общая законченность стандартов привела к появлению надежных стеков протоколов, которые можно приобрести "со склада" у поставщиков, еще более повысив гарантии функциональной совместимости.

Технология

Недавние технологические достижения также сделали возможной интегрированную передачу голоса и данных. Например, новая технология процессора цифровых сигналов (DigitalSignalProcessor - DSP) позволила обрабатывать аналоговые сигналы в цифровых доменах, что еще нескольколет назад было затруднительно, если вообще возможно. Эти новые мощные микросхемы работают с огромной скоростью, позволяя квантовать, оцифровывать и осуществлять сжатие голосовых данных в режиме реального времени. Дальнейшие технологические достижения позволяют одной микросхеме обрабатывать до четырех разговоров одновременно, и производительность продолжает повышаться. Такие технологии значительно уменьшают стоимость и сложность разрабатываемых продуктов, а также снижают затраты на внедрение систем интегрированной передачи голоса и данных.

В других областях промышленности также используются достижения технологий голосового кодека (кодера/декодера). Ранее предполагалось, что качество звука пострадает из-за почти линейного уменьшения полосы пропускания. Однако благодаря новым, более сложным алгоритмам, применяемым в современных кодеках, ситуация изменилась. В настоящее время существует возможность получать достаточно качественный звук при значительно меньшей, чем требовалась ранее, полосе пропускания. И, что наиболее важно, эти новые алгоритмы вошли в стандарты, обеспечив тем самым функциональную совместимость для передачи голосовых данных с высокой степенью сжатия данных.

Производительность сети

Кроме вышесказанного, следует отметить, что сетевые технологии передачи данных усовершенствовались до такой степени, что стали обеспечивать надежную передачу голосовых данных. В последние годы рост объема передачи голосовых данных был сравнительно невелик, в то время как объем передачи обычных рос экспоненциально. В результате во многих сетях в настоящее время объем обычных данных превышает голосовой. Кроме того, возросла относительная важность цифровых данных, так как предприятия и организации все чаще опираются в своей работе на повсеместное использование компьютерных сетей. Это повышение важности компьютерных сетей привело к коренным изменениям в способах проектирования, построения и управления такими сетями. Традиционное моделирование по принципу "негарантированной доставки" уступило место созданию усовершенствованных сетей, основанных на политиках, с управляемым качеством обслуживания, поддерживающих еще более широкий спектр приложений. Передача голосовых данных, как приложение в обычных компьютерных сетях, значительно выиграла от применения этих технологий. Например, поддержка чувствительных к задержкам SNA-данных по IP-сетям привела к совершенствованию управления задержками и установки приоритетов в очередях, что впоследствии было применено к передаче голосовых данных.

Как уже отмечалось, внедрение новых технологий и приложений во многом определяется спросом пользователей. Достижения технологии претворяются в жизнь, но только в том случае, если они удовлетворяют реальные потребности пользователей и не требуют неприемлемых для них затрат. Например, технологии цифровой аудиозаписи на ленту (DigitalAudio Таре - DAT) так и остались достоянием горстки любителей из-за своей высокой стоимости и лишь незначительного повышения качества воспроизведения по сравнению с аналоговыми лентами. Однако интегрированная передача голоса и данных предоставляет пользователю весьма реальные преимущества как в настоящее время, так и в будущем. Большинство пользователей этих технологий имеют двойную выгоду: уже сейчас цифровые технологии передачи голосовых пакетов дешевле аналоговых, а в будущем они будут обладать и большими возможностями, чем сегодняшние голосовые каналы.

Экономическая эффективность

По оценкам специалистов, затраты на сети пакетной передачи голоса составляют всего 20-30% соответствующих затрат на обычные голосовые каналы. Это касается как телефонных компаний (провайдеров), так и коммерческих (частных) пользователей. Отсюда следует логический вывод: для корпоративных пользователей службы удаленной передачи голосовых данных могут обходиться дешевле, чем междугородные звонки, и зачастую дело обстоит именно таким образом. Например, многие корпоративные пользователи внедрили технологии интегрированной передачи голоса вместе с обычными данными по распределенным компьютерным сетям между традиционными АТС, расположенными в различных городах. Экономия на междугородных переговорах часто окупает затраты уже через полгода (особенно если речь идет о международных звонках). Использование компьютерных систем в качестве "виртуальных связующих звеньев" между коммутаторами для передачи голоса полезно и для провайдеров служб. По этой причине, по мере дальнейшего развития их первичной сетевой инфраструктуры, многие из них начали использовать технологии пакетной передачи голоса.

Однако экономия от применения технологий пакетной передачи голоса не ограничивается только передачей. Благодаря использованию этих технологий коммутация телефонных звонков в домене компьютерной сети становится дешевле, чем при использовании обычных телефонных коммутаторов. Крупные предприятия с несколькими филиалами могут сэкономить средства за счет использования компьютерных сетей в качестве "транзитных коммутаторов" при маршрутизации звонков между АТС-станциями по принципу "call-by-call". Получающаяся структура голосовой сети проще администрируется и имеет надежную, неблокирующую коммутацию, в основе которой лежит компьютерная система.

Совершенствование приложений

Реальная экономия средств является достаточной причиной для внедрения технологий интегрированной передачи голоса и данных. Но есть и дополнительные преимущества, которые станут более очевидными в будущем. Благодаря интеграции голосовых и компьютерных приложений будет повышаться производительность труда пользователей. Интеграция компьютерной телефонии (ComputerTelephonyIntegration - CTI) была начата производителями АТС в 80-х годах XX века в целях внедрения компьютеров в АТС и применения таких новых функций, как "консультационный центр" (например экранные меню для агентов).

Однако по мере дальнейшей интеграции передачи голоса и данных, различий между голосовыми и цифровыми приложениями будет все меньше. Например, некоторые системы UnifiedMessaging уже сейчас позволили объединить голосовую почту, электронную почту и факсимильные сообщения в одну удобную систему. Их пользователи могут читать электронные письма по телефону и прилагать документы к голосовой почте. На уровне предприятия новые приложения, такие как виртуальные консультационные центры, позволяют помещать агентов в любой точке компьютерной сети, сохраняя все функции и свойства консультационного центра. Агенты даже могут получать вызовы на своих компьютерах вместо традиционных телефонных аппаратов, организовать "комбинированный консультационный центр" и отвечать на вопросы пользователей через Web, используя электронный чат и электронную почту наравне с телефонными звонками. Эти возможности выходят далеко за рамки обычной экономии. Они, безусловно, сделают работу организаций гораздо эффективнее и выгоднее.

Острая потребность в сетях с интегрированной передачей голоса и данных привела к различным вариантам решения этой проблемы, у каждого из которых есть свои преимущества и недостатки. Существует три основных подхода к этому вопросу:

передача голоса по сетям ATM;

передача голоса по сетям FrameRelay;

передача голоса по ІР-сетям.

Существуют также смешанные решения, в которых комбинируются варианты передачи голоса по IP, FrameRelay и т.д. Как показано на рисунке 1, передача голоса по сетям ATM и FrameRelay применяется в основном между АТС, а передача голоса по протоколу IP - между компьютерами. Подробнее эти механизмы будут рассмотрены ниже.

Рисунок 1-Смешанные варианты передачи голоса по сетям IP, FrameRelay

Современные технологии передачи голосовых данных

Передача голоса по сетям ATM (VoiceOverATM - VoATM) может осуществляться как стандартная эмуляция голосового канала с импульсно-кодовой модуляцией (AAL1, рассматривается ниже) или как передача голоса в ячейках ATM с переменной битовой скоростью (AAL2, также рассматривается ниже). Использование коммутации ATM имеет много преимуществ при передаче и коммутации голосовых данных. Прежде всего, это гарантированное качество обслуживания (QualityOfService - QoS), определяемое провайдером для пользователя или для каждого звонка в отдельности. Кроме того, в основе сигналов настройки вызова для коммутируемых виртуальных каналов ATM (SwitchedVirtualCircuits - SVC), Q.2931, лежат сигналы настройки вызова для голосового ISDN, Q.931. Администрирование сходно с обычными телефонными каналами.

Однако применение технологии VoATM страдает от излишней сложности, недостаточной поддержки и слабого взаимодействия между производителями. Наблюдается тенденция к удорожанию из-за ориентации исключительно на оптические сети. И, что наиболее важно, ATM обычно внедряется как протокол 2-го уровня распределенных сетей и потому не распространяется на всю сеть, вплоть до настольных ПК. Тем не менее, ATM достаточно эффективно выполняет функции магистрали и транзитного коммутатора между существующими голосовыми коммутаторами и АТС.

Передача голоса по сетям FrameRelay получила широкое распространение. Как и технология VoATM, она обычно применяется в качестве связующей магистрали или транзитного коммутатора между удаленными АТС. Ее преимущество заключается в более простом администрировании и в относительно невысокой по сравнению с VoATM стоимости, особенно при использовании в частных распределенных сетях. Ее масштабирование также экономичнее, чем у VoATM, благодаря поддержке различных каналов - от Т1 до 56 Кбит/с. Если сеть FrameRelay тщательно спроектирована, то технология VoFR работает очень надежно и обеспечивает высокое качество. Однако качество голоса в сетях FrameRelay может страдать из-за нестабильности и задержек. Несмотря на то, что требования к минимальной полосе пропускания и всплескам постоянно снижаются, нестабильность и задержки часто не включаются в соглашения об уровне обслуживания (ServiceLevelAgreements - SLA), заключаемые с провайдерами. В результате скорость передачи голоса непостоянна. Даже если поначалу качество удовлетворительно, со временем, по мере насыщения сети провайдера различными потоками данных, оно может ухудшиться. По этой причине многие крупные корпоративные потребители начинают указывать в своих требованиях к провайдеру допустимый уровень нестабильности и задержки вместе со средней пропускной способностью, обеспечиваемой сетью провайдера. В таких ситуациях обеспечивается высококачественная передача голоса по сети FrameRelay.

В последние годы начала внедряться передача голоса по IP-сетям. В отличие от передачи голоса по сетям FrameRelay и ATM, передача голоса по IP-сетям является решением 3-го уровня (сетевого). Она более значима и полезна, так как протокол IP распространяется вплоть до настольных персональных компьютеров. Это означает, что, кроме обеспечения основной магистральной связи и транзитной коммутации для АТС, технология VoIP может начать заменять АТС в качестве приложения. Как решение 3-го уровня, VoIP маршрутизируется и может прозрачно передаваться в любой сетевой инфраструктуре, включая сети FrameRelay и ATM. Из всех технологий пакетной передачи голоса для VoIP характерны, вероятно, наибольшие проблемы в обеспечении качества, потому что качество обслуживания при использовании этой технологии не гарантируется. Обычные приложения, такие как протокол TCP, работающие в IP-сетях, не чувствительны к задержкам. Они лишь должны повторно отправлять пакеты, потерянные из-за коллизий и перегрузок. Передаваемая речь более чувствительна к задержкам пакетов, чем к их потере. Кроме обычной перегрузки сети, качество обслуживания в сетях VoIP часто зависит от нижних уровней, которые не различают голосовые и цифровые потоки данных.

Далее рассматривается техническая база, используемая для среды ATM, а также форматы пятиоктетных заголовков, применяемых в методе передачи данных ATM.

Технологии ATM и B-ISDN

Режим асинхронной передачи данных (AsynchronousTransferMode -ATM) - это технология коммутации ячеек (фактически - аналог технологий коммутации пакетов данных, таких, как Х.25 и FrameRelay), позволяющая с высокой скоростью коммутировать фреймы фиксированной длины в сетевой инфраструктуре при настройке последней с параметрами QoS (QualityofService - качество обслуживания). Технология ATM позволяет передавать оцифрованный любым способом трафик с обеспечением приоритетов, что достигается использованием задержек при передаче ячеек и других специальных средств. Сеть ATM можно рассматривать как более усовершенствованную версию службы FrameRelay. Технология FrameRelay позволяет работать с фреймами, имеющими практически любую длину вплоть до 1 600 октетов, aATM - с ячейками, каждая из которых имеет одинаковую фиксированную длину размером 53 октета и включает в себя 5 октетов, которые содержат стандартный заголовок.

Корни ATM происходят из технологии, известной как B-ISDN (BroadbandISDN - широкополосная цифровая сеть с комплексным обслуживанием). Термин широкополосная в большой степени предполагает скорость передачи данных, превышающую таковую в цифровом канале передачи данных Т1, т.е. имеются ввиду все методы передачи данных, применяемые совместно с технологией ISDN, полоса пропускания которых превышает используемую для интерфейса основного уровня (PrimaryRateInterface - PRI). Сектор стандартизации Международного телекоммуникационного союза (TheInternationalTelecommunicationUnionTelecommunicationStandardizationSector - ITU-T) написал больше спецификаций, чем обычно используется для документирования какого-либо стандарта. Некоторые специфические аспекты технологии ATM защищены авторскими свидетельствами, и тем не менее специалисты имеют возможность изучать различные темы, указанные в этих рекомендациях. Аналогично, как для технологии FrameRelay создана ассоциация FrameRelayForum (FRF - форум FrameRelay), имеется и ассоциация ATMForum (AF - форум ATM), которая функционирует подобным образом. Иными словами, несмотря на то, что форум AF и не выпускает спецификаций стандартов как таковых, он публикует соглашения по реализации (ImplementationAgreements - IА), которые существенно влияют на стандарты.

При использовании технологии ATM может быть задействована вся полоса пропускания, которая нужна для решения определенной задачи. Многие специалисты согласны с тем, что выгоды при использовании среды ATM намного превосходят недостатки. Технологии передачи пакетных данных, применяемые при работе с синхронной оптической сетью (SynchronousOpticalNetwork - SONET), и другие подобные еще только развивающиеся стандарты в перспективе могут вытеснить технологию ATM в течение нескольких лет. Поскольку со временем технология передачи данных становится все более совершенной и можно проследить тенденцию реализации все большего количества процессов полностью за счет аппаратных средств, предположим, что в перспективе все механизмы коммутации ячеек в технологии ATM будут полностью внедрены на уровне аппаратных средств.

Одновременное использование и более совершенного стандарта, и нескольких менее совершенных, но более популярных, необходимо для обеспечения межсетевого обмена (interworking - межсетевой обмен; термин используется для обозначения процесса согласования разных несопоставимых WAN-технологий, подобно использованию трансляционных шлюзов для связи между разнородными сетями, предназначенных для простого преобразования протоколов в сетях), а также для использования методов формирования пакетов данных в такой форме, чтобы они стали общедоступными для всех технологий. Двумя такими технологиями являются обеспечение межсетевого обмена из технологии FrameRelay в ATM и мультипротокольная передача данных по сетям ATM (МРОА - MultiprotocoloverATM).

Хотя B-ISDN и ATM и кажутся разными технологиями, метод ATM всецело основан на концепции B-ISDN. Тем не менее известно, что потомки всегда затмевают предков, и в данном случае эта истина также справедлива. По-видимому (и это наиболее заметно по публикациям форума ATM) все разработчики склоняются к мысли, что технологию ATM следует рассматривать как самостоятельно развивающийся метод передачи данных. Далее приступим к изучению тех структур, которые и обеспечивают успех технологии.

Стандарты и форум ATM

Стандарты оказались решающим фактором при распространении технологии ATM по всему миру, поскольку они позволили обеспечить возможность взаимодействия сетей, оснащенных оборудованием различных производителей. Большинство стандартов разработано тремя организациями:

сектором стандартизации Международного союза телекоммуникаций - InternationalTelecommunicationUnionTelecommunicationStandardizationSector (ITU-T): свыше 100 спецификаций стандартов;

комитетом T1S1 Национального института стандартизации США- AmericanNationalStandardsInstitute (ANSI) T1S1 Committee: более 20 спецификаций;

проблемной группой проектирования Internet - InternetEngineeringTaskForce (IETF): более 40 спецификаций.

Даже форум FrameRelay (FRF) имеет около четырех комиссий, которые обрабатывают стандарты ATM, главным образом в части, относящейся к обеспечению межсетевого обмена со средой FrameRelay. Самый большой объем работы над стандартами был проведен форумом ATM и его почти 200 комиссиями, которые управляют частным использованием технологии ATM. Многие из последних рекомендаций, касающихся открытой сети и вошедших в число международных спецификаций, обязаны своим существованием форуму ATM (ATMForum - AF). Ниже перечислены основные серии, содержащие спецификации рассматриваемых методов передачи данных.

Стандарты Е-серии описывают общее функционирование сети, телефонные службы, служебные операции и человеческий фактор.

Стандарты F-серии определяют нетелефонные телекоммуникационные услуги.

Стандарты G-серии описывают передающие системы и средства массовой информации, цифровые системы и сети.

Стандарты Н-серии описывают аудиовизуальные и мультимедийные системы.

Стандарты I-серии содержат спецификации цифровой сети с комплексным обслуживанием.

Стандарты J-серии описывают трансляцию телевизионных, звуковых программ и других мультимедийных сигналов.

Стандарты М-серии описывают механизмы обслуживания и управления передающими системами, телефонными линиями связи, телеграфной и факсимильной связями и арендуемыми каналами.

Стандарты Q-серии описывают коммутацию и служебную сигнализацию.

Стандарты Y-серии содержат сведения о глобальной информационной инфраструктуре и аспектах Internet-протоколов.

Первоначально союз ITU-T разрабатывал метод передачи ATM в качестве ответа на потребность в технологии, которая бы управляла открытой высокоскоростной пересылкой речевой и видеоинформации, а также данных средствами сети B-ISDN. Что повлияло на такой выбор? Ведь существовали и другие пригодные для этой технологии направления, которые имели ту же цель, но, кроме этого, могли использоваться для LAN-приложений и приватных реализаций. Ответ таков - в 1991 году существовали четыре очень активных производителя программного обеспечения, которые образовали консорциум, известный сейчас как форум ATM (ATMForum - AF). Этимичетырьмякорпорациямибыли Cisco Systems, Sprint Corporation, Northern Telecom (Nortel Networks) и NET/ADAPTIVE.

Сегодня, однако, подобно форуму FRF, в состав форума AF входят уже сотни корпораций. Даже конечные пользователи могут присоединиться к форуму ATM, как они могли присоединиться и к форуму FrameRelay. ATM является не технологией канала связи для доступа к среде как такового, а скорее выступает в качестве протокола, который описывает ретрансляцию фреймов (блоков данных) фиксированного размера, называемых ячейками, через физические цифровые сети передачи данных. Кроме прочих рекомендаций, форум AF в своих документах, которые описывают интерфейс пользователь-сеть (User-NetworkInterface - UNI), стандартизирует физические цифровые сети передачи данных, для которых используется ATM. Некоторые из наиболее общих используемых каналов перечислены ниже.

• Цифровые сигналы уровней I (Digitalsignallevel 1 - DS-1) и 3 (DS-3).

• Цифровые сети передачи данных Е1, ЕЗ, Е4.

• Каналы сети SONET синхронной цифровой иерархии (SynchronousDigitalHierarchy - SDH), каналы синхронного транспорта сигналов первого уровня (SynchronousTransportSignal 1 - STS-1), каналы STS-3c и синхронный транспортный модуль (SynchronousTransportModule 1 - STM-1), каналы STS-12c/STM-4 (наиболее общей).

• Распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам (FiberDistributedDataInterface - FDD1) 4B/5B.

• Кабельный канал связи 8В/10В (Fiberchannel 8B/10B) (частный интерфейс UNI, скорость передачи данных, как у синхронного транспорта сигнала третьего уровня STS-3).

• Каналы плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronousdigitalhierarchy - PDH) со скоростями передачи данных 6,312 и 97,728 Мбит/с (для Японии).

Функциональные возможности технологии ATM

Технология ATM рассматривается как многоуровневая модель, точно так же, как любой другой многоуровневый подход, используемый для понимания протокола с привлечением понятий классифицирования и упорядочивания компонентов его ядра. Далее по тексту обсуждаются темы, посвященные адаптации информации пользователя для формирования ячеек и классификации трафика для обработки с помощью средств QoS-интерпретации. Метод ATM отличается от STM тем, что STM-технологии, такие, как канал Т1, имеют выделенные канальные интервалы (timeslots) для каждого отправителя информации. При использовании, например, третьего подканала линии Т1, он вводит во фрейм свой байт сразу после того, как то же самое сделает канал 2. Канал 1 всегда вводит свой байт после канала 24 и т.д. Каждый отправитель, включаясь в передачу, синхронизируется с каждым другим отправителем. Таким образом, в функционирование технологии STM заложена концепция множественности отправителей, снабжающих канал трафиком, что необходимо для создания фрейма. При использовании технологии ATM фрейм не создается. Более того, каждый отправитель не имеет синхронизированного канального интервала. Возможность пакетной передачи существует и для ATM, также, как и, например, во FrameRelay. При рассмотрении различий между технологиями STM и ATM все же обнаруживается некоторое совпадение - это мультиплексирование сигнала с разделением времени и статистическое мультиплексирование с разделением времени (Time-DivisionMultiplexing -TDM, statisticalTDM - STDM). Напомним, что коммутационная аппаратура, работающая в режиме STDM, для укомплектования потоков пакетов данных может заимствовать для недогруженных каналов данные от других отправителей, но при этом канальные интервалы все же существуют. На этом совпадения методов заканчиваются. Никакие другие термины обеих технологий не являются взаимозаменяемыми. На рисунке 2 показана стандартная ATM-сеть, которая знакомит с ключевыми ATM-терминами.

Рисунок 2-Пример АТМ-сети

ATM-сеть состоит из набора связанных непосредственно друг с другом АТМ-коммутаторов. ATM-коммутаторы поддерживают три основных типа интерфейсов: вышеупомянутый интерфейс пользователь-сеть (User-NetworkInterface - UNI), межсетевой интерфейс (Network-to-NetworkInterface - NNI) и широкополосный интерфейс для соединения устройств операторов связи (BroadbandInter-CarrierInterface - B-ICI). Интерфейс UNI служит для подключения конечных ATM-устройств, таких, как узлы, маршрутизаторы и коммутаторы локальных сетей (LAN-коммутаторы), к ATM-коммутатору. Интерфейс NNI служит для соединения двух АТМ-коммутаторов в пределах одного учреждения. В зависимости от того, принадлежит ли коммутатор абоненту и расположен ли в его здании, или является ли общедоступным и управляется поставщиком услуг, интерфейсы UNI и NNI могут быть дополнительно классифицированы как частный или открытый соответственно. Частный интерфейс UNI служит опорной точкой между конечной ATM-точкой и частным ATM-коммутатором. Открытый же его аналог находится между конечным ATM-устройством или частным коммутатором и открытым коммутатором. Здесь следует избегать следующего заблуждения - интерфейс NNI может быть опорной точкой только между коммутаторами в пределах одного учреждения, а интерфейс B-ICI не используется в частных учреждениях, оставляя роль высокоскоростного адаптера интерфейсу UNI для описания взаимодействия между частным коммутатором и его открытым коммутатором входа/выхода. Частный интерфейс NNI (PrivateNNI - PNNI) описывает опорную точку между двумя ATM-коммутаторами в пределах одного частного учреждения. Открытый же интерфейс NNI описывает опорную точку между двумя ATM-коммутаторами в пределах одного открытого учреждения. Интерфейс В-ІСІ размещен между двумя открытыми коммутаторами разных провайдеров услуг. Стандарты передачи сигналов через все интерфейсы устанавливаются по тем же критериям, которые определяются опорными точками, хотя большого различия между основами интерфейсов UNI и NNI не существует. Действительно, спецификации NNI в значительной степени согласуются с соответствующими спецификациями UNI. Спецификацией для частного интерфейса UNI является спецификация форума AFUNI З.х/4.0. Спецификация форума AFPNNI (P-NNI) 1.0 перекрывает все стандарты интерфейса PNNI. Сектор стандартизации ITU-T создал спецификации для открытых версий. Спецификации Q.2931 (для двухточечных соединений (point-to-point), Q.2971 - для многоточечных соединений (point-to-multipoint)) и Q.2764 описывают открытые интерфейсы UNI и NNI передачи сигналов соответственно, а серии I.4XX задают характеристики физического уровня интерфейса UNI, включая формат заголовка и создание функции контроля за ошибками в заголовке (HeaderErrorControl - НЕС). Документы форума AF, что не характерно для открытых спецификаций, содержат соглашение интерфейса B-ICI версии 2.0. Однако документ IA констатирует, что оно по существу является спецификацией интерфейса NNI сектора стандартизации ITU-T с добавлением дополнительных уровней сверх уровня ATM, таких, как AAL и других методов, используемых операторами связи, специфических для определенных типов услуг, уровней, которых не имеет стандартный интерфейс NNI (интерфейс NNI ограничивается уровнями технологии ATM и не более того).

Компоненты заголовка ATM

Для полного понимания того, как функционирует технология ATM, крайне важно знать принципы функционирования полей в заголовке ATM. На рисунке 3 показаны форматы заголовков для интерфейсов UNI и NNI, описанных в разделе "Функциональные возможности технологии ATM". Нет ничего необычного в том, что в виртуальном канале применяется спецификация UNI, при этом формат NNI никогда не используется между конечной точкой и коммутатором. Полный список полей в обоих заголовках представлен ниже.

• Общее управление потоками (GenericFlowControl - GFC) содержит 4 бита в интерфейсе UNI, а в интерфейсе NNI отсутствует.

• Идентификатор виртуального пути (VirtualPathIdentifier - VPI) содержит 8 битов в интерфейсе UNI и 12 битов в NNI.

• Идентификатор виртуального канала (VirtualChannelIdentifier - VCI) содержит 16 битов.

• Идентификатор типа полезной нагрузки (PayloadTypeIdentifier - PTI) равен трем битам.

• Приоритет отбрасывания ячеек (CellLossPriority - CLP) - 1 бит.

• Алгоритм контроля за ошибками в заголовке (HeaderErrorControl - НЕС) содержит 8 битов.

Следующие шесть разделов посвящены описанию назначения перечисленных полей.

Рисунок 3-Форматы заголовков интерфейсов UN1 и NN1 технологии ATM

Многофункциональные маршрутизаторы компании Cisco

Корпорация Ciscoвнесла свой вклад в несколько направлений развития современных телефонных коммуникаций. Она является крупным производителем оборудования, а также играет активную роль в деятельности многих организаций, разрабатывающих современные стандарты.

В процессе создания или модернизации сети важно понимать, что собой представляет конкретное оборудование и какую роль оно может играть в сети передачи голосовых или текстовых данных.

Поэтому целесообразно рассмотреть многофункциональный маршрутизатор Cisco для интеграции голоса и данных.

Многофункциональные маршрутизаторы представляют собой специализированные устройства, которые выполняют дополнительные функции. Как правило, их гибкость и диапазон изменения конфигурации невелики, однако они позволяют при небольших финансовых затратах интегрировать голос и данные. Ниже по тексту описаны характеристики и функции многофункциональногомаршрутизатора МС3810.

Маршрутизатор Cisco MC3810

Маршрутизатор Cisco MC3810, показанный на рисунке 4, представляет собой многоцелевой концентратор с фиксированным набором модулей. Данное многопотоковое устройство позволяет объединить несколько потоков - голос, факс, видео, устаревшие структуры SNA и локальную сеть в единую структуру. Устройство может использовать выделенную линию и априори предоставляет службы Frame Relay для соединений между дистанционными офисами.Network Architecture (SNA) - системная сетевая архитектура, разработанная корпорацией IBM. Общее описание структуры, форматов, протоколов, используемых для передачи информации между программами IBM и оборудованием.

Маршрутизатор МС3810 оптимизирует использование полосы пропускания за счет технологии временного разделения каналов голоса и данных на одной и той же линии или на одном и том же физическом интерфейсе. Маршрутизатор МС3810 имеет один Ethernet-порт и два последовательных порта, которые поддерживают скорости до 2 Мбит/с. Аналоговый вариант маршрутизатора МС3810 включает шесть голосовых портов (шесть сжатых голосовых каналов), а цифровой - один цифровой порт голосового доступа (Т1/Е1) и до 24-30 сжатых голосовых каналов.

Рисунок 4-Маршрутизатор МС3810

Основные характеристики маршрутизатора МС3810 приведены в таблице 1.

Таблица 1-Характеристики маршрутизатора МС3810

Высокопроизводительные модули для сжатия голосовых данных (high perfomance voice-compression modules - HCM) поддерживают большее количество голосовых каналов, чем рассмотренные ранее модули сжатия голоса (voice-compression modules - VCM).

В таблице 2 приведены опции поддержки каналов маршрутизатора МС3810 с модулями НСМ.

Таблица 2- Поддержка каналов технологии НСМ

. Постановка задачи

Эта модель также называется моделью без преимущественного права на прерывание.

Решено внедрить технологию ATMв сеть с топологией "решётка". Это подразумевает разделение информации в пакеты фиксированной длины, равной 53 байта, 48 из которых являются информационными.

Также необходимо сравнить решетчатую топологию (РШ) по структурным параметрам с полносвязанной сетью (ПСС) и сделать выводы о надёжности, затратах по проектированию данных структур.

Количество абонентов на каждом узле приведено в таблице 3.

Таблица 3-Классы приоритетов абонентов и их количество

. Методика решения задачи

.1 Расчет среднего времени доставки пакета для каждого вида информации

Пусть информация передается по сети с относительным приоритетом. Всего передается 3 вида информации:

·речь - 1 приоритет (качество QoS 0.15 сек);

·данные - 2 приоритет (качество QoS 2 сек);

·текст - 3 приоритет (качество QoS 1 мин).

Распределение потоков в сети производится равномерно, т.е. к каждому узлу сети поступает одинаковое количество абонентов каждого приоритета.

По заданию число абонентов подключенных к каждому узлу сети 1300.

Распределим абонентов таким образом:

·число речевых абонентов в каждом узле - 1000;

·число абонентов с трафиком данных - 100;

·число абонентов, передающих текст - 200.

G.726 кодек является стандартом ITU-T адаптивной импульсно-кодовой модуляции - ADPCM и описывает передачу голоса полосой в 16, 24, 32, и 40 килобит/сек. Наиболее часто используемый среди них 32 килобит/сек, который равен ровно половине полосы стандартного кодека G.711, поэтому его использование сразу повышает полезную нагрузку сети на 100%. В первую очередь используется на международных линиях связи в телефонных сетях. Он также является стандартным кодеком, используемым в беспроводных телефонах системы DECT, а также используется в некоторых камерах фирмы Canon.

Метод основан на том, что в аналоговом сигнале, передающем речь, невозможны резкие скачки интенсивности. Поэтому, если кодировать не саму амплитуду сигнала, а ее изменение по сравнению с предыдущим значением, то можно обойтись меньшим числом разрядов. В ADPCM изменение уровня сигнала кодируется четырехразрядным числом, при этом частота измерения амплитуды сигнала сохраняется неизменной.

Используем ATM систему, где длина слова с выхода пакетизатора составляет 53 байта, из которых 48 байт - информационные и 5 - служебные. Разговорная нагрузка составляет 0,2 Эрл, при этом среднее время разговора 6 мин (t_сp = 360 с). Активность абонента 50%, т. к. во время разговора абонент не только говорит, но и слушает, во время передачи так же не все время уходит только на передачу данных. Для упрощения вычислений введем коэффициент активности речи α = 0,5 (т.е. 50% - разговор, 50% - паузы).

V'=V*α(1)

где α - коэффициент активности;

V - скорость вокодера.

V'= 32*0.5=16 кбит/с

Длина информационной части рассчитаем по формуле

L'= t_сp *V'(2)

L'= 360с*16 кбит/с = 5760 кбит = 720000 байт

Число пакетов определяется по формуле

(3)

где  - длина информационной части ATM ячейки, равная 48 байт.

 15000

Рассчитаем количество служебных байт, передаваемых в пакетах

L"=Npp*5(4)

L"= 15000*5=75000 байт

Количество информации, которую необходимо заключить в пакеты

L=L'+L"(5)

L=720000 байт+75000 байт=795000 байт =6360 кбит

Рассчитываем выходную скорость с пакетизатора

c=L/t_сp(6)

c= 6360 кбит/360 с=17,667 кбит/с

Интенсивность обслуживания выражается формулой

µ = с/(H + L),(7)

где с - скорость на выходе кодера (пакетизатора), с=17,667 кбит/с;

H+L -длина пакета.

H+L = (48+5)*8 = 424 бит.

Так как среднее время разговора равно 3 минуты и на входе у нас пуассоновский поток, то мы можем узнать коэффициент загрузки оборудования:

(8) (8)

(9)(9)

Данный коэффициент загрузки относится к интерфейсной плате телефона одного пользователя. Далее нам необходимо рассчитать частоту поступления пакетов трафика от 1000 речевых абонентов на входы коммутатора верхнего уровня ядра. Так как на входе этого коммутатора пуассоновский поток, следовательно :

 (10)

В данном случае мы узнали частоту поступления АТМ пакетов речевого трафика на коммутатор верхнего уровня. Для того чтобы найти частоту поступления текстовой информации и данных нам необходимо применить метод перебора. Составим формулу коэффициента загрузки коммутатора высшего уровня:

(11)

В результате данного эвристического анализа мы получаем следующие значения: Для магистральной линии мною была подобрана скорость 125,6 Мбит/с, что является обычной скоростью передачи данных на магистральных сетях. Причем данный выбор является и экономически выгодным, так как передача ведется по витой паре с использованием коннекторов RJ-45. Тогда в соответствии с формулой 7 мы получаем:

µ = 131 072 000 бит/с / 424 бит = 309132,075 с^-1

Данные имеют большие размеры по сравнению с текстом, и максимальная скорость набора на клавиатуре у человека составляет 120 символов в минуту. Следовательно, скорость передачи информации будет 2 символа/с * 8 бит = 16 бит/с. Это скорость поступления информации на вход пакетизатора АТМ, значит с с пакетизатора будет выходить скорость равная:

Значит частота поступления ячеек АТМ на коммутатор высшего уровня будет:

Исходя из этого мы можем разделить эту суммарную частоту поступления пакетов следующим образом:

Рассмотрим случай с данными, так как у нас 100 абонентов отправляют данные, то на одного приходиться:

Следовательно, на одного человека приходиться скорость передачи данных:

Рассчитаем коэффициент загрузки коммутатора для каждого вида трафика:

Среднее время доставки пакета для речи:

Среднее время доставки пакета дляданных:

Среднее время доставки пакета для текста:

Построим график зависимости среднего времени доставки от коэффициента загрузки оборудования(рисунок 5).

Рисунок 5 - График зависимости среднего времени доставки от коэффициента загрузки оборудования

2.2    Расчет структурных параметров

Под топологией сети принято понимать конфигурацию связей графа, интерпретирующего структуру сети. При анализе топологии сети принято оперировать понятиями "вершина", "ребро", "диаметр" графаd,средняя степень вершины k,число ребер графа m,"связность" и др.

Диаметр графа-длина наибольшего (в числе ребер) кратчайшего маршрута для данного графа.Средняя степень вершины-это количество рёбер, инцидентных вершине. Связность графа (в данной работе) - число непересекающихся по вершинам маршрутов между любой парой вершин.

Топология типа решётка-это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решётку. При этом каждое ребро решётки параллельно её оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси. На рисунке 6 (раздел 3) каждая вершина-это узел, к которому подключены абоненты. По заданию их общее количество 1300.

Одним из достоинств такой топологии является высокая надёжность.

Недостаток: сложность реализации.

Таблица4 - Структурные параметры для расчета сетевых топологий

Таблица 5-Число ребер для сетевых структур

3. Сравнение двух структур

Очень часто, при построении новых сетей, возникает вопрос, а какую топологию взять в основу. Для того, чтобы ответить на этот вопрос надо сравнивать разные технологии.

По заданию курсового проекта задано, что сеть состоит из n=16 узлов коммутации и для сравнения возьмем следующие структуры: решетчатую топологию (РШ) и полносвязанную сеть (ПСС), которые необходимо сравнить по следующим параметрам:

диаметр графа d;

- средняя степень вершины k;

число ребер графа m.

Под степенью вершины понимается число ребер, идентичных вершине.

n_v и n_g-количество узлов в одной "вертикали", "горизонтали" сети соответственно.

Все необходимые формулы для расчета данных параметров взяты из таблиц 4 и 5.

1)  Решетчатая сеть (РШ):

Диаметр графа

_рш = n_v+n_g-2 = 4+4-2 = 6

Средняя степень вершины

_рш =

Число ребер

m_рш=

Рисунок 6-Решетчатая сеть (РШ)

) Полносвязанная сеть (ПСС):

Диаметр графа d_псс = 1

Степень вершины

_псс=n-1=16-1=15

Число ребер

m_псс=n*(n-1)/2 = 16*(16-1)/2=120

На рисунке 7 представлен полносвязный граф с неполным числом соединений между его вершинами (узлами сети).

Рисунок 7-Полносвязанная сеть (ПСС)

Рассчитав структурные параметры, мы видим, что диаметр полносвязного графа(полносвязанной сети ПСС)d_псс=1, у решетчатой структуры (РШ)d_рш=6.

Средняя степеньвершины для РШ k_рш=3. Степень вершины для ПСС k_псс=15.

Число ребёр для ПСС m_псс=120, у РШ m_рш=24.

Так как диаметр графа определяет максимальную задержку, а d_рш=6, d_псс=1, то d_рш>d_псс в 6 раз, т.е. задержки при передачи по сети структуры РШ в 6 раз больше, чем по сети структуры ПСС.

Полносвязанная топология требует значительных затрат на своё построение. Это видно из того, что число соединений (ребер графа) в этой структуре в 5 раз больше, чем для аналогичного числа узлов сети, но в топологии "решётка" (120 для ПСС и 24 для РШ).

Сравнивая средние степени вершин рассматриваемых топологий, можно судить о надёжности сети, так как этот параметр показывает со сколькими ещё вершинами соединена рассматриваемая вершина (узел сети). Можно сказать, что ПСС надежнее РШ в плане отказоустойчивости в k_псс/k_рш=15/3=5 раз.

Структура РШ подходит для сетей не слишком критичных к временным задержкам по сравнению с ПСС, однако является более дешёвой, чем последняя.

Повреждение сети в одной из точек может нарушить работу только одного узла сети, но не всей сети целиком-это свидетельствует, что топология "решётка" достаточна надёжна при меньших растратах, чем полносвязанная сеть.

Такая топология часто встречается в больших компьютерных сетях, т.к. она делает сети более устойчивыми к возможным отказам, вызванным неисправностями кабелей, концентраторов и маршрутизаторов.

Заключение

В ходе данной курсовой работы мы произвели расчёт среднего времени доставки пакета для каждого вида передаваемой информации, построили график зависимости среднего времени доставки пакета по каждому из видов передаваемой информации от пропускной способности.

Также произвели сравнение двух структур сети РШ и ПСС:диаметр графа решетчатой структуры (РШ) больше, чем полносвязанной сети (ПСС), а средняя степень вершины и количество ребер графа РШ меньше, чем ПСС.

голосовой сигнал пакет информация

Литература

1 СТП ВГКС 1.01-2005. Курсовое и дипломное проектирование. Правила компьютерного оформления текстовых и графических документов.-Мн.:УП"Бестпринт",2004.-106с.

2 Лохмотко В.В., Пирогов К.И. Анализ и оптимизация цифровых сетей интегрального обслуживания. - Мн.: Наука и техника, 1991.

3 Гордиевский В.Л., журнал Сети и системы связи, 2000. № 11. С. 92.

4   Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание, Издательский дом, "Вильямс"-2005 г.-1040 с.