курсовая ngn. Протоколы сигнализации 15 Варианты применения Softswitch в составе есэ рф 19

• Название: Протоколы сигнализации 15 Варианты применения Softswitch в составе есэ рф 19
• Анкор: курсовая ngn
• Дата: 09.10.2021
• Размер: 1.47 Mb.
• Имя файла: ngn-ims-kursovik-1-2-1.docx
• Тип: Протокол; #244185
• страница: 10 из 17

Размещение оборудованияи схемаорганизации связи

На основании исходных данных и полученных результатов составить схему сети, используя параметры реального оборудования, информацию о котором можно получить в свободном доступе. В качестве образца можно использовать рис. 10, приведенный ниже, но стоит обратить внимание, что на получившейся схеме должно быть изображено спроектированное коли­

чество шлюзов доступа и коммутаторов доступа (с учетом их характери­ стик, например, максимальное количество портов каждого типа), указаны виды подключений к каждому из элементов.








Рис. 10. Параметры оборудования сети доступа
На такую схему должны быть нанесены все исходные данные и по­ лученные результаты. При нанесении результатов необходимо учесть, что если в исходных данных, например, приводится количество абонентов тра­ диционной телефонии, равное 100, то это не значит, что для каждого шлю­ за будет такое количество. Это общее число абонентов такого типа, а какое количество будет для того или иного оборудования рассчитывается на ос­ нове параметров выбранного оборудования и результатов расчетов, прове­ денных в курсовой работе. Для каждого из элементов сети необходимо привести таблицу, аналогичную той, которая представлена в примере вы­ полнения курсовой работы.

Расчет основных параметров шлюза доступа и коммутаторадоступа

Определив количество шлюзов, можно рассчитать нагрузку на линии, подключаемые к каждому из шлюзов. Для каждого шлюза такие расчеты бу­ дут идентичны, различаться будут лишь параметры источников нагрузки.

^YÒôÎÏ

• 
  общая нагрузка, создаваемая абонентами ТфОП, и поступающая на
  

шлюз доступа:
^YÒôÎÏ ^{ N}ÒôÎÏ^{ y}ÒôÎÏ^{; (1)}

^YISDN

• 
  общая нагрузка, создаваемая абонентами ISDN и поступающая на
  

шлюз доступа:
^YISDN
 N_ISDN y_ISDN; (2)

^Yj_ v5

• 
  общая нагрузка, создаваемая оборудованием доступа j, подключен­
  

ным через интерфейс V5:

^Yj_V5 ^{ N}j_V5 ^{ y}i_V5^;
(3)

Общая нагрузка, создаваемая оборудованием сетей доступа, подклю­ ченным через интерфейс V5, равна:

J J

^YV5 ^{ Y}j_V5 ^yi_V5 ^{  N}j_V5^;

(4)

j1 j1

^Ym_ pbx

• 
  нагрузка, создаваемая УПАТС m, подключенным по PRI:
  

^Ym_ PBX

^{ N}m_ PBX^{ y}m_ PBX^;

(5)

Общая нагрузка, создаваемая оборудованием УПАТС:

^YPBX



^{  Y}m_ PBXm1


^ym_ PBX^{  N}m_ PBX.

m1

(6)

Выше рассчитаны нагрузки от абонентов различных типов, подклю­ чаемых к шлюзам. В нашем случае шлюзы реализуют функции резидентно­ го шлюза доступа, шлюза доступа и транкингового шлюза подключения УПАТС, и к нему подключаются все рассмотренные выше источники на­ грузки.

Тогда общая нагрузка на шлюз

^YGW^{ yi_V5   Nj_V5  y}k_ PBX^{ N}k_ PBX^
(7)

j1

^yÒôÎ Ï^{ N}ÒôÎ Ï^{ y}ISDN^{ N}ISDN^.

k1

Стоит отметить, что суммарная нагрузка на линии, которые включа­ ются в шлюз, будет равна нагрузке на сам шлюз, и для нашей курсовой ра­ боты примем, что эта нагрузка – на двустороннюю линию, т. е. как от або­ нента, так и к нему (рис. 11).






Абонент _Шлюз

Рис. 11. Нагрузка на линию

Кроме того, пользовательская нагрузка, поступающая на шлюз, будет равна исходящей пользовательской нагрузке (это позволяет нам не учиты­ вать соединения в пределах одного шлюза).

Пусть вызова.

^VCOD_ m

Рис.12. Равенство нагрузки

• 
  скорость передачи кодека типа mпри обслуживании
  

Значения V_{COD_ m}

• 
  для кодеков разных типов приведены в табл. 1.
  

Таблица 1

Скорость передачи кодеков

Тип кодека	Скорость коде- ка VCOD _ m , кбит/с	Размер речевого кадра, байт	Общая длина кадра, байт	Коэффициент избыточности k	Требуемая про- пускная способ- ность Vtrans_ cod, кбит/с
G. 711	64	80	134	134/80=1,675	108,8
G. 723.1 I/r	6,4	20	74	74/20=3,7	23,68
G. 723.1 h/r	5,3	24	78	78/274=3,25	17,225
G. 729	8	10	64	64/10=6,4	51,2

Полоса пропускания, которая понадобится для передачи инфор­ мации при условии использования кодека типа m, определяется следую­ щим образом:

^Vtrans_ cod^{ kV}COD_ m^,

(8)

где k – коэффициент избыточности, который рассчитывается для каждого кодека отдельно, как отношение общей длины кадра к размеру речевого кадра.

Для примера рассмотрим популярный кодек G.711. Передаваемую информацию условно можно разделить на две части: речевую информацию и заголовки служебных протоколов. Сумма длин заголовков протоколов RTP/UDP/IP/Ethernet (а именно эти протоколы потребуются для передачи информации в нашем случае) 54 байта (12+8+20+14).

Общая длина кадра при использовании такого кодека 134 байта. Тогда коэффициент избыточности: k= 134/80 = 1,675.

Смысл этого параметра можно сформулировать следующим образом: для того чтобы передать один байт речевой информации, необходимо в общей сложности передать кадр размером примерно 1,7 байт (рис. 13).





Рис. 13. Формат кадра G.711, передаваемого по IP сети
Обеспечение поддержки услуг передачи данных в телефонных сетях с коммутацией каналов и в сетях с VoIP осуществляется по-разному. Как известно, при помощи речевых кодеков нельзя передавать такую специфи­ ческую информацию, как факс, модемные соединения, DTMF и т.п. Часто для их передачи используется эмуляция каналов «64 кбит/с без ограниче­ ний». При расчете транспортного ресурса следует учитывать, что некото­ рая часть вызовов будет обслуживаться без компрессии пользовательской информации, т.е. будет полностью прозрачный канал без подавления пауз и с кодированием G.711.

В задании на курсовое проектирование для каждого варианта указано процентное соотношение используемых кодеков. Данное соотношение должно соблюдаться для каждого отдельного шлюза.

Чтобы обеспечить передачу пользовательской информации по IP- сети, необходимо передавать и сообщения сигнальных протоколов, для пе­ редачи трафика которых также должен быть предусмотрен транспортный ресурс сети.

Если в оборудовании коммутатора доступа реализована возможность подключения абонентов, использующих терминалы SIP, H.323 либо LAN, то необходимо учесть соответствующий транспортный ресурс. Доля увели­ чения транспортного ресурса за счет предоставления базовой услуги теле­ фонии таким пользователям может быть определена в зависимости от ис­ пользуемых кодеков и числа пользователей.

Если терминалы SIP и H.323 используются для предоставления муль­ тимедийных услуг, то доля увеличения транспортного ресурса должна оп­ ределяться, исходя из параметров трафика таких услуг, однако в данном курсовом проекте они рассматриваться не будут.

После определения транспортного ресурса подключения определя­ ются емкостные показатели, т. е. количество и тип интерфейсов, которыми оборудование шлюза доступа будет подключаться к пакетной сети. Коли­ чество интерфейсов, помимо требуемого транспортного ресурса, будет оп­ ределяться из топологии сети.

Для того чтобы рассчитать необходимый транспортный ресурс рас­ смотрим каждый шлюз отдельно.

При проектировании будем описывать шлюз последовательно двумя разными математическими моделями (рис. 14):

• 
  система массового обслуживания с потерями,
  
• 
  система массового обслуживания с ожиданием.
  

При помощи первой модели, мы сможем определить, какое количест­ во соединений будет одновременно обслуживаться проектируемыми шлю­ зами, а при помощи второй определим характеристики канала передачи данных, необходимые для передачи пользовательского трафика с требуе­ мым качеством обслуживания.

СМОс потерями

Модели упрощают реальные физические процессы и нам необходимо остановиться на нескольких важных допущениях, используемых в иссле­ дуемой модели.

Для предоставления услуг пользователям жестко определены пара­ метры QoS для каждого типа вызовов, и в случае, если заявка не может быть обслужена с требуемым качеством (пропускная способность, тип кодека), она отбрасывается. Таким образом, потери в данной системе – это те вызо­ вы, которые не могут быть обслужены ввиду отсутствия требуемого ресурса (определенного типа кодирования) для передачи данных. Такой подход име­ ет свое реальное воплощение в некоторых моделях оборудования.


Рис. 14. Логическое разбиение СМО на две части

В связи с тем, что информация на шлюзе обрабатывается при помо­ щи различных кодеков (процентное соотношение используемых кодеков для каждого варианта приведено в задании на курсовое проектирование), она поступает в сеть с разной скоростью, и расчет исходящих каналов мы будем производить для каждого типа кодека отдельно. Таким образом, мы делим СМО на логические части по количеству используемых кодеков и рассчитываем при помощи описанного ниже алгоритма общую скорость канала без учета QoS передачи трафика по сети передачи данных.

Перейдем непосредственно к расчету.

Для кодеков всех типов алгоритм определения требуемого транс­ портного ресурса одинаков.

Пусть t– среднее время занятия одной абонентской линии.

В общем случае, необходимо учитывать среднее время занятия одной абонентской линии для каждого типа абонентов (абоненты квартирного сектора, пользователи офисных АТС и др.). Чтобы упростить расчеты, для кодеков абонентов всех категорий в курсовом проекте используется единая величина, ее значение принято равным 2 мин.

t= 2 мин,

μ – интенсивность обслуживания поступающих заявок, ρ – потери заявок.

Зная интенсивность потерь и пользуясь калькулятором Эрланга (опи­ сание приведено ниже), найдем число виртуальных соединений, которые нам потребуется установить, чтобы предоставить услуги связи с заданным QoS.

x– число соединений, необходимое для обслуживания нагрузки, об­ рабатываемой кодеком определенного типа.

^Vtrans_ cod_ i

• 
  полоса пропускания для одного соединения кодека типа i,
  

где N– количество соединений определенного типа на одном шлюзе.

Таким образом, транспортный поток на выходе кодека i

^{Vc_ i V}trans_ cod_ i^{ N.}

(9)

Тогда транспортный поток пользовательского трафика на выходе од­ ного шлюза

^VGW

^{ V}c_ i^,


L
i1

(10)

где L– число используемых кодеков.


M
Рассчитаем общий транспортный поток всех шлюзов:

V _V_GW,

(11)

j1 ^j

где M– количество шлюзов.





Рис. 15. Кодеки в шлюзе

КалькуляторЭрланга

СпомощьюкалькулятораЭрлангаможноопределитьодинизтрехпараметровпри известных двух:

1. 
   Числообслуживающихустройств;
   
2. 
   Вероятностьпотеривызовов;
   
3. 
   Поступающуюнагрузку;
   

Дляопределенияодногоизпараметров,двадругихдолжныбытьзанесеныв соответствующие ячейки калькулятора.

Рассмотримпример:

Поступающая нагрузка Y = 50 Эрл;Вероятность потерьp = 0,03

Определимнеобходимоечислообслуживающихустройств.

Для этого выбираем соответствующее поле (в данном случае числообслуживающихустройств)изадаемпоступающуюнагрузкуивероятностьпотери вызовов:

ТогдачислообслуживающихустройствV=59

Аналогичноможнонайтидругиепараметры,выбравсоответствую-щее поле.

СМОсожиданием

В качестве СМО с ожиданием рассматривается тракт передачи дан­ ных (от шлюза до коммутатора доступа). Ранее мы определили ресурс, не­ обходимый для обслуживания поступающей нагрузки, имея в виду вызовы. Теперь мы будем работать на уровне передачи пакетов.

Необходимо отметить, что в отличие от СМО с потерями, где в слу­ чае занятости ресурсов заявка терялась, в данном случае возникает задерж­ ка передачи пакета, которая при определенных условиях может привести к превышению требований QoS передачи трафика.

При нормальных условиях функционирования системы – задержка незначительная и практически не меняется. Но с увеличением нагрузки, в определенный пороговый момент получается так, что не все пакеты, посту­ пающие в канал могут быть обслужены сразу же. Такие пакеты становятся в очередь, а следовательно, общее время их передачи увеличивается (рис. 16).




Рис. 16. Схематическое представление цифрового потока в канале связи
На вход СМО с ожиданием со шлюза поступают пакеты с интенсив­ ностью λ.

Поскольку в зависимости от типа используемых кодеков пакеты по­ падают в сеть с различной скоростью, то нельзя сразу определить параметр λ, его необходимо рассчитать для каждого типа используемого кодека:

_{ } ^Vtrans_ cod

^Lpacket_ cod

, (12)

где V_{trans_cod} – скорость передачи кодека, рассчитанная ранее;

L_{packet_cod} – общая длина кадра соответствующего кодека.

Теперь можно определить общую интенсивность поступления паке­ тов в канал:

  __i, (13)

i1

где N– число используемых кодеков.

Задержка, вносимая каналом при поступлении пакетов:

_S(1) _

1 _,

  

(14)

где λ – суммарная интенсивность поступления заявок от всех каналов, µ – интенсивность обслуживания. Вне зависимости от размера пакета все они обслуживаются одинаково.

Значения сетевых задержек и их параметров нормируются стандар­ тами ITU (рис. 17): предельно допустимая задержка доставки пакета IP от одного пользователя коммерческих услуг VoIP к другому не должна пре­ вышать 100 мс. Задержку при передаче пакета вносят все сегменты соеди­ нения (сеть доступа, магистральная сеть и т.п.). Приблизительно можно считать вклад каждого сегмента одинаковым.





Рис. 17. Составные части задержки
Зная величину допустимой задержки и интенсивность поступления заявок (пакетов), можно рассчитать интенсивность обслуживания заявок в канале, после чего определить допустимую загрузку канала:

  ^ .



(15)

Зная транспортный поток, поступающий в канал и зная, что этот по­ ток должен загрузить канал на величину ρ, определим общую требуемую пропускную способность канала τ:

  ^V.



(16)

Рассчитав транспортный ресурс, необходимый для передачи пользо­ вательской и сигнальной информации от каждого шлюза на коммутатор доступа, рассчитаем общий входящий трафик, который поступает на ком­ мутатор доступа.

Рассчитывать транспортный ресурс, необходимый для подключения коммутатора доступа к сети выходит за рамки данного курсового проекта,

поэтому коммутатор доступа мы рассмотрим лишь для того, чтобы охва­ тить возможные варианты абонентского доступа, а также показать, какое влияние оказывают абоненты различных категорий на общую сигнальную нагрузку.

Для передачи сигнального трафика обычно создается отдельный ло­ гический канал, параметры которого необходимо определить.

Пусть

^LMEGACO

Megaco/H.248,

^NMEGACO

– средняя длина (в байтах) сообщения протокола

• 
  среднее количество сообщений протокола Megaco/H.248
  

при обслуживании одного вызова,

^LV5UA

^NV5UA

• 
  средняя длина сообщения протокола V5UA,
  

– среднее количество сообщений протокола V5UA при обслу­

живании одного вызова,

L_IUA– средняя длина сообщения протокола IUA,

^NIUA

• 
  среднее количество сообщений протокола IUA при обслу­
  

живании одного вызова,

^LSH

• 
  средняя длина сообщения протоколов SIP/H.323,
  

^NSIP

• 
  среднее количество сообщений протоколов SIP/H.323 при
  

обслуживании одного вызова.

В коммутаторе доступа для обмена сообщениями протокола MEGACO, используемого для управления шлюзом, должен быть преду­ смотрен транспортный ресурс, который определяется формулой:

^VMEGACO^{ ksig[(P}ÒôÎÏ^·NÒôÎÏ^PISDN^·NISDN^

где

^PV5 ^·NV5 ^PPBX^·NPBX^)LMEGACO^·NMEGACO^{] / 450,}

N_V5  J N_{j_V5} , (17)

^NPBX

 M N_{m_V5},

(18)

^NLAN^{ I N}i_ LAN^,

(19)

^ksig

• 
  коэффициент использования транспортного ресурса при переда­
  

че сигнальной нагрузки.;

^PÒôÎÏ

• 
  удельная интенсивность потока вызовов в ЧНН от абонентов,
  

использующих доступ по аналоговой телефонной линии;

^PISDN

• 
  удельная интенсивность потока вызовов от абонентов, исполь­
  

зующих базовый доступ ISDN;

^PV5

• 
  удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсив­
  

ность потока вызовов от абонентов, подключаемых к пакетной сети через сети доступа интерфейса V5;

^PPBX

• 
  удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсив­
  

ность потока вызовов от УАТС, подключаемых к пакетной сети;

^PSH

• 
  удельная интенсивность потока вызовов от абонентов, исполь­
  

зующих терминалы SIP, H.323 (используется для терминалов, подключае­ мых как прямо к станции, так и при помощи LAN).

Сигнальный трафик в сети передается не равномерным непрерывным пото­ ком, а отдельными блоками в течение всего сеанса связи, как это представ­ лено на рис. 18.

T – длительность сеанса связи, а t 1, t 2, …, t 5 – длительности блоков сигнальной информации.

Рис. 18. Схема передачи сигнального трафика
Таким образом, этот коэффициент показывает величину, обратную той части времени, которая отводится из всего сеанса связи для передачи сигнальной информации:

k_sig T/ _t_i.

i

(20)

Примем значение

k_sig=5, что соответствует нагрузке в 0,2 Эрл (т. е.

одна пятая часть времени сеанса тратится на передачу сигнальной инфор­ мации).

1/ 450 – результат приведения размерностей «байт в час» к «бит в се­ кунду» (8/3600=1/450), значение 1/90, приведенное ниже, получается при использовании k_sig=5, и, следовательно, 5·1/450=1/90.

Для расчета транспортного ресурса шлюзов, необходимого для пере­ дачи сигнальной информации, используются те же параметры, что и для расчета транспортного ресурса гибкого коммутатора.

Так, для передачи сигнальной информации с целью обслуживания вызовов различных типов требуются следующие объемы полосы пропуска­ ния (бит/с):

^VISDN^{ (P}ISDN^{ N}ISDN^{ L}IUA^{ N}IUA^{) / 90,}

V_V5  (P_V5  N_V5  L_V5UA N_V5UA) / 90,

(21)

(22)

^VPBX

 (P_PBX N_PBX L_IUA N_IUA) / 90,

(23)

V_SH (P_SH N_SH L_SH N_SH) / 90,

(24)

V_LAN (P_SH N_LAN L_SH N_SH) / 90.