3 Информационно-технические основы построения сетей. 3. 1 Общие характеристики трафика. Виды трафика 2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем 3 Сетевые протоколы и стандарты
 Скачать 419.5 Kb.
|
|
3 Общие информационно-технические характеристики сетей электросвязи. 3.1 Общие характеристики трафика. Виды трафика 3.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем 3.3 Сетевые протоколы и стандарты 3.4 Общие принципы интеграции сетевых технологий 3.5 Принципы объединения сетей 3.6 Интеграция – закономерность развития электросвязи В разделе 3 рассмотрены информационно – технические характеристики совре-менных сетей электросвязи. К ним относятся: характеристики и виды трафика, передаваемых по сетям электросвязи; эталонная модель взаимодействия открытых систем, являющейся основой для построения единой сети; вопросы интеграции сетей электросвязи. Приведены характеристики и свойства различных видов тра-фика, которые должны учитываться при проектировании и эксплуатации современ--ных сетей электросвязи. Поскольку в ближайшие пять – десять лет произойдет переход к полностью цифровой сети и реализации пакетного способа доставки сообщений, значительное внимание в разделе уделено протоколам и стандартам, используемых на пакетных сетях. Рассмотрены принципы объединения сетей с целью создания единой мультисервисной сети. Уделено внимание различным аспектам интеграции как основной закономерности развития электросвязи на современном этапе. Приведены контрольные вопросы, список рекомендуемой литературы и глоссарий. 3.1 Общие характеристики трафика. Виды трафика Основные информационно-технические характеристики сети, которые опре-деляют возможности по предоставлению гарантированного качества услуг для пользователей и работоспособности сети в целом, обычно задают на этапе плани-рования и уточняют в результате проектирования и оптимизации сети. Обычно к ним относятся следующие основные характеристики: пропускная способность транспортных магистралей или базовые скорости передачи; объем входящего и исходящего трафиков в сетевых узлах; суммарный трафик в сетевых трактах и магистралях сети; надежность или коэффициент готовности сети в целом. При планировании ЦСС определяют или задают основные требования, обеспечивающие не только гарантированное качество услуг, но и возмож-ность дальнейшего ее наращивания и развития связи. Общие требования к современной сети ЦСС, как это уже отмечалось выше, предусматривают следующие факторы: необходимую полосу пропускания; расширяемость и масштабируемость сети; управляемость сети; интеграцию различных видов трафика; совместимость аппаратуры ЦСП и коммутации; резервирование сетевых трактов и каналов; надежность и готовность сети. Таким образом, с одной стороны, на основе анализа общих информационно-технических характеристик ЦСС, включая анализ распределения трафика, осуществляется планирование и организация магистралей транспортной сети. С другой, на основе анализа первичной нагрузки сети и определения или задания иерархии обмена потоков с помощью функций коммутации, планируют общую нагрузку в сети. Элементы теории массового обслуживания Теория массового обслуживания изучает системы и ситуации обслуживания случайного потока заявок (требований) ограниченным числом предназначен-ных для этого каналов. По истечении некоторого случайного времени обслу-живании, канал готов к работе над следующей заявкой. Такая ситуация хара-ктерна для систем коммутации (телефонных станций, ATM-коммутаторов и т.п.) в сети связи, ЭВМ с ограниченным числом процессоров. В теории мас-сового обслуживания основными понятиями являются: дисциплина обслуживания; потоки заявок (трафик); законы распределения времени обслуживания одним каналом; вероятности отказов в обслуживании; среднее время ожидания в очереди на обслуживание; пропускная способность системы обслуживания. При решении различных инженерных задач с использованием методов теории массового обслуживания часто полагают, что потоки описываются распределением Пуассона. Такое допущение не только упрощает анализ, но и во многих случаях близко к реальным процессам. Дело в том, что пуассо-новские потоки в определенном смысле являются предельными для различ-ных потоков (трафика). Например, если поток получается в результате сло-жения достаточно большого числа потоков различной структуры, то суммар-ный поток, в весьма широком диапазоне условий, будет близок к пуассоно-вскому потоку. Такая ситуация характерна для систем коммутации в сетях связи и других систем массового обслуживания. В сложных технических сис-темах, состоящих из большого числа элементов, поток отказов будет склады-ваться из потоков отказов отдельных ее элементов. Поэтому поток отказов технических систем близок к пуассоновскому потоку. Такая ситуация хара-ктерна для описания отказов в теории надежности технических систем и, в частности, надежности BOJIC и сетей связи. В процессе предоставления услуг на сетях связи, различают несколько видов дисциплины обслуживания отдельных заявок или требований. В частности, с приоритетом и без приоритета. К дисциплинам обслуживания без приоритета относят режимы обслуживания с отказами, ожиданием (без отказов), смешанные режимы (с ограничением по времени пребывания заявок в очереди или по длине очереди). Поток заявок (трафик) подразделяют на стационарный и нестационарный, ординарный и неординарный. Чаще всего поток заявок считают стационарным. Вероятность поступления некоторого числа заявок за конечный интервал времени определяется только временным интервалом и не зависит от моментов его начала и конца. Простейший поток - это стационарный и ординарный поток без пос  ледействия. Используя модель простейшего (пуассоновского) потока можно вычислить плотность вероятности распределения интервалов между заявками на обслуживание, среднее время обслуживания одним каналом Тобср и вероятность отказа Pот обслуживания вызова. В установившемся режиме V-канального бесприоритетного обслуживания простейшего потока с отказами, вероятность события занятости n каналов (0 , (3.1) где А - интенсивность трафика в Эрлангах. Вероятность отказа в обслуживании Pот равна вероятности одновременной занятости V каналов в пучке - Pv. Для оценки качества обработки трафика используется интенсивность трафика А, соответствующая периоду максимальной нагрузки или периоду пиковой нагрузки. Целью оптимального проектирования системы связи является обеспечение для заданного числа каналов n максимально возможного значения удельной интенсивности трафика А, пропускаемого одной линией пучка, или отношения А/V. Допустимое значение А/V должно соответствовать приемлемому значению показателя качества обработки трафика, за которое принята вероятность занятия всех каналов одновре-менно, т.е. вероятность события, приводящего к потере вызова. Таким образом, вероятность потери одного вызова в системе связи с V канлами в периоды пиковой нагрузки определяет значение показателя качества обработки трафика Pv. Понятно, что чем больше V , тем меньше Pv и тем выше качество обработки трафика. На основе формулы (3.1) строят таблицы Пальма для разного числа V каналов и заданной вероятности блокировки (отказов). Таблицы Пальма позволяют, для заданного значения вероятности блокировки трафика Рv и заданного числа каналов V между узлами сети, определить максимально допустимую для данного пучка каналов интенсивность трафика А в Эрлангах. Например, для числа каналов V = 100 при вероятности блокировки трафика в 1% (Рv = 0,01) отказы возникают при интенсивности трафика в 84,064 Эрл. Зависимости, показанные на рис. 3.1, соответствуют случаю полной доступности трафика, т.е. весь трафик имеет доступ ко всем выходам коммутационного узла в системе связи.  Рис. 3.1 Зависимости удельной интенсивности трафика (А/V), переносимого одним каналом (выходом), от вероятности Рv потери одного вызова, А интенсивность трафика в эрл, V - число каналов Недостатком коммутационных систем с большим числом выходов V является повышенная чувствительность к перегрузкам. Так для рассматриваемого примера при 10% - ной перегрузке в коммутационной системе с показателем качества обработки трафика Рv = 0,005, его значение возрастает до 0,024 (т.е. качество обработки трафика снижается), если в системе имеется 200 каналов, и только до значения 0,007, если в ней 5 каналов. Удельная интенсивность трафика А/ V ( коэффициент использования каналов в пучке) часто используется в качестве основного параметра в инженерных приложениях и, в частности, для расчета и оптимизации трафика в сети связи. Виды и основные характеристики трафика Современные цифровые сети и системы связи позволяют передавать и коммутировать различные виды трафика со скоростями до 10 Гбит/с и выше. Можно выделить две основные категории трафика - трафик реального времени (передача голоса, аудио, видео и т.п.) и трафик передачи данных, в большинстве случаев, передача которого не критична к задержкам. По характеру передаваемой информации основными видами трафика являются: передача голоса; передача данных; передача видеотрафика; передача мультимедиа (аудио, видео, данные). Требования к цифровым каналам связи в сети в зависимости от вида и типа передаваемого трафика существенно различаются. Голосовой трафик и видеотрафик - это трафики реального времени. Они предъявляют жесткие требования к необходимой полосе пропускания и временным задержкам в канале связи. Например, для качественной передачи голоса, как это было показано выше, требуется цифровой канал связи (ЦКС) типа ОЦК со скоростью передачи 64 кбит/с.(без сжатия). Для высококачественной передачи музыки (высококачественное аудио) требуется полоса частот от 16 кГц и выше, что соответствует скорости передачи в цифровых каналах связи равной 128 кбит/с. Передача стандартного видеосигнала с высоким качеством изображения требует полосы частот до 6 МГц. При цифровом преобразовании такого сигнала с частотой дискретизации 16 мегогерц и 8-битовом кодировании, скорость передачи составляет 1.28 Мбит/с. В системах видеоконференций передается только изменения в спектре частот между двумя последующими кадрами. В обычной ситуации, когда наблюдаемый объект совершает незначительные движения, объем данных, которые необходимо передать, может составлять только 1% объема полного кадра. Если изображение обновляется нечасто и применяются методы сжатия видеосигнала, то для передачи сигналов видеоконференций и получения хорошего качества видеоизображения, требуются ЦКС со скоростью передачи 128- 256 кбит/с. Верхняя граница скорости для передачи сигналов видеоконференций определяется соотношением цена/качество получаемого изображения. Передача трафика мультимедиа в зависимости от качества и вида предоставляемой услуги требует ЦКС с разной скоростью передачи. При этом трафик мультимедиа включает в себя практически все основные виды трафика, за исключением передачи данных. Требования к ЦКС по пропускной способности определяются при планировании и проектировании конкретных систем. В табл. 3.2. приведены требования к цифровым каналам связи для передачи различных типов трафика мультимедиа. Таблица 3.2 Общие характеристики трафика разных приложений
Трафик передачи данных характеризуется значительной неоднородностью, взрывообразным характером во времени и требует для своей передачи в разные моменты времени разной полосы пропускания. В современных магистральных транспортных сетях сохраняется и усиливается тенденция увеличения в общем объеме трафика доля объема трафика передачи данных. Это связано с резким увеличением объема услуг, предоставляемых сетью Интернет. Основным показателем этого процесса является отношение объемов основных видов трафика (голос/данные) в магистральных каналах связи. Чем больше это отношение в сторону объема трафика передачи данных, тем больше необходимость применения IP-технологий в современных сетях. Основными характеристиками трафика передачи данных являются единица данных и способ упаковки этих единиц. Единицей данных может быть: бит, байт, сообщение, блок. Данные упаковываются в файлы, пакеты, кадры, ячейки, а могут также передаваться и без упаковки. Скорость передачи данных измеряется в единицах данных за единицу времени и определяет время, требуемое для передачи единицы данных по сети. Обычно скорость передачи данных измеряют в битах за секунду или кратных ей единицах (Кбит/с, Мбит/с и т.д.). Реальный объем передаваемых по сети данных складывается непосредственно из данных (полезной нагрузки) и необходимого информационного обрамления, составляющего “накладные расходы” на передачу. Многие технологии устанавливают ограничения на минимальный и максимальный размеры пакета. Например, для технологии Х.25 максимальный размер пакета составляет 4096 байт, а в технологии Frame Relay максимальный размер кадра составляет 8096 байт. Можно выделить следующие общие характеристики трафика передачи дан-ных и его обслуживания: показатель взрывообразного характера трафика; терпимость к задержкам; требуемая емкость и пропускная способность сети. Эти характеристики с учетом маршрутизации, приоритетов, соединений и т. д., как раз и определяют характер работы приложений в сети. Показатель взрывообразного характера (взрывообразности) трафика определяет частоту посылки данных пользователем в сеть. Этот показатель можно определить отношением максимального (пикового) значения плотности трафика (скорости передачи) к ее среднему значению. Например, если максимальная (пиковая) скорость передачи данных составляет 100Мбит /с при средней скорости передачи 10Мбит/с., то показатель взрывообразности трафика составит 10. Терпимость к задержкам характеризует реакцию приложений на все временные задержки в сети. Например, приложения, обрабатывающие финансовые транзакции в реальном масштабе времени, не допускают задержек. Большие задержки могут привести к неправильной работе таких приложений. Различные приложения сильно отличаются по допустимому времени задержки. Для приложений, работающих в реальном масштабе времени (например, для видеоконференций), время задержки не должно превышать некоторого предельного значения, которое достаточно мало. С другой стороны, для целого ряда приложений допустимые значения задержки могут составлять от нескольких минут до нескольких часов (например, для электронной почты и пересылки файлов). Понятия емкости и пропускной способности сети связаны между собой, но, по сути, не одинаковы. Емкость это реальное количество ресурсов, доступных пользователю на определенном пути передачи данных. Пропускная способностьопределяется общим количеством данных, которые могут быть переданы в единицу времени. Емкость сети отличается от пропускной способности сети из-за наличия накладных расходов, которые зависят от способа использования сети. В табл. 9.3 представлены общие характеристики трафика передачи данных для различных приложений. Таблица 3.3 Общие характеристики трафика разных приложений
Для некоторых приложений требуется гарантировать время реакции, пропускную способность сети и другие характеристики. Это обеспечивается технологией качества обслуживания QoS (Quality of Service). Она позво-ляет использовать распределение по категориям качества обслуживания и назначение приоритетов для различных видов трафика. Для трафика с высо-ким приоритетом обеспечивается гарантированное качество обслуживания и лучшие условия передачи в сети, вне зависимости от требований к пропускной способности для трафика менее ответственных приложений. Качество обслуживания выбирают на основе требований пользователей для конкретных сетевых технологии и мультисервисных сетей в целом. Мультисервисные сети позволяют передавать любые виды и типы трафика с требуемым качеством обслуживания. Условно трафик передачи данных можно разделить на три категории, отличающиеся друг от друга требованиями к временным задержкам при передаче. |