расчитать транспортный ресурс на вызоде. ПРактика 8. 8 оценка пропускной способности фрагмента мультисервисной сети связи
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
8 ОЦЕНКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ФРАГМЕНТА МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ СВЯЗИ 8.1. Состав оборудования фрагмента мультисервисной сети связи Мультисервисная сеть связи строится в соответствии с концепцией NGN -Next Generation Networks – сетей следующих поколений. Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций коммутации и передачи сообщений, функций управления коммутацией и передачей и функций управления услугами. Технической реализацией концепции NGN (телекоммуникационной инфраструктурой NGN) является мультисервисная сеть связи, в которой, согласно рекомендации МСЭ-Т Y.2001, различают следующие функциональные уровни: - уровень доступа; - транспортный уровень; - уровень управления коммутацией и передачей сообщений; - уровень управления услугами. Для доступа к мультисервисной сети связи и сопряжения с существующими сетями с коммутацией каналов применяются шлюзы–Gateways-GW(Рис. 8.1). Пофункциональному признаку различают следующие шлюзы: - транспортный шлюз – Media Gateway - MGW– реализует функции преобразования речевой информации в пакеты и маршрутизации пакетов; - сигнальный шлюз – Signalling Gateway - SGW – реализует функции преобразования системы межстанционной сигнализации сети ОКС 7 в систему сигнализации пакетной сети (SIGTRAN); - транкинговый шлюз–Trunking Gateway-TGW–совместная реализация функций MGW и SGW; - шлюз доступа–AccessGeteway-AGW–реализует функции MGW иSGW для оборудования доступа через интерфейс V5; - резидентный шлюз доступа–Residential AccessGeteway-RAGW–реализуетфункции подключения абонентских линий, использующих терминальное оборудование ТфОП/ЦСИС. В рекомендациях МСЭ-Т определяются только функциональные блоки NGN. Конструктивные решения остаются за разработчиками оборудования. Так, в оборудовании SI3000 резидентный шлюз и шлюз доступа реализуются в виде единого мультисервисного узла доступа MSAN-Multi-Service Access Node. В состав такого MSAN входит пакетный коммутатор Ethernet, в который включаются непосредственно источники нагрузки, работающие по пакетным технологиям: локальные вычислительные сети LAN и мультимедийные терминалы на базе протоколов SIP и H.323 (Рис. 8.2) [9]. Транспортный уровень. Транспортная сеть небольшой ёмкости строится на коммутаторах, которые могут связываться по полносвязной схеме. На больших по ёмкости сетях устанавливаются коммутаторы для агрегации трафика, которые включаются в маршрутизаторы ядра транспортной сети. На уровне управления коммутацией и передачей сообщений используется мультимедийная подсистема на базе протокола IP – IMS-IP Multimedia Subsystem. В NGN/IMS определяются не узлы сети, а функции, которые могут быть реализованы на одной или нескольких аппаратных платформах. IMS-архитектура представляет собой набор функций, соединенных стандартными интерфейсами [13]. Уровень услуг и управление услугами в сети NGN/IMS представлен различными серверами приложений - AS -Application Server, в качестве которых могут выступать как традиционные платформы интеллектуальной сети SCP, так и различные сервисные платформы на базе открытых протоколов (OSP, OSA/PARLAY и др.) [3]. 8.2. Кодирование и качество передачи сообщений Преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму и передачу их по сети IP рассмотрим на примере голосовых сообщений – технология VoIP-Voice over IP.  Рис. 8.1 - Схема фрагмента мультисервисной сети связи Терминалы VoIP должны выполнять следующие функции: - обеспечивать кодирование голоса для преобразования в цифровой вид с помощью кодеков; - выполнять упаковку фрагментов речи в пакеты по стеку протоколов RTP/UDP/IP; - поддерживать непрерывный поток голосовых пакетов (RTP-сессию); - сглаживать неравномерность поступления пакетов с помощью антиджиттерного буфера; - обеспечивать установление и разъединение голосовых соединений с помощью протоколов сигнализации SIP или Н.323; - поддерживать дополнительные виды обслуживания (ДВО).  Рис. 8.2 - Структура мультисервисного узла доступа MSAN Преобразования аналогового телефонного сигнала в цифровой поток и его восстановление из непрерывного цифрового потока в аналоговый сигнал с помощью импульсно-кодовой модуляции реализуются в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.711. Скорость передачи на выходе кодека составляет 64 кбит/с (8 кГц х 8 бит). Длина полезной части голосового пакета зависит от свойства кодека по минимизации влияния потерянных пакетов на качество воспроизводимой речи. Чем больше отрезок речи передаётся в одном пакете, тем труднее сглаживать эффект от его потери в сети. При использовании кодека G.711 размер речевого кадра может составлять 80 либо 160 байт. При таких размерах речевого кадра задержка пакетизации составит соответственно 0,125мс ∙80 байт = 10мс и 0,125мс∙160 байт =20мс. К речевому кадру добавляются размеры заголовков протоколов RTP/UDP/IP/Ethernet – 14 + 20 + 12 + 8 = 54 байта. Таким образом, размер речевого пакета может быть или 80+54=134 байта, или 160+54=214 байт. Если пакеты передаются с использованием технологии IP/MPLS, то к 54 байтам добавляется 40 байт. Транспортный ресурс, который необходим для передачи информации одного кодека, равен: Vtrans.cod = k∙Vcod, где Vcod – скорость передачи кодека; k– коэффициент избыточности, равный отношению общей длины кадра к длине речевого кадра. Для кодека G.711 требуется следующий транспортный ресурс: V 10trans.cod. G.711 = 64∙134/80 = 107, 2 кбит/с; V 20trans.cod. G.711 = 64∙214/160 = 85, 6 кбит/с. В таблице 8.1 - приведены параметры некоторых кодеков. Таблица 8.1. Параметры кодеков
Кодеки G.711 используются в шлюзах для кодирования сообщений от факсов и модемов, которые обслуживаются без компрессии. Кодеки G.729aв устройствах VoIP занимают лидирующее положение, обеспечивая высокое качество кодирования речевой информации при достаточно высокой компрессии. Кодеки G.726 предназначены для использования в системах видеоконференций. Кодеки G.723.1 применяются в голосовых шлюзах, однако они уступают кодекам G.729a по качеству кодирования речи. В таблице 8.2 приведены оценки качества восприятия по методу MOS - Mean Opinion Score. Усредненное экспертное мнение оценивается по пятибальной шкале по качеству восприятия. Таблица 8.2. Оценки метода MOS
Качество обслуживания (QoS – Quality of Service, рекомендация МСЭ-Т Е.800) может рассматриваться с позиций пользователя, а с позиций поставщика услуг как уровень обслуживания (GoS – Grade of Service, рекомендация МСЭ-Т Е.600). Взаимные обязательства поставщика услуг и пользователя определяются соглашением об уровне обслуживания (SLA – Service Level Agreement, рекомендация МСЭ-Т Е.860, 2002 г.). В SLA перечисляются не только параметры, определяющие уровень обслуживания информационных потоков пользователя, но и перечень действий, которые обязуется выполнить одна из сторон в случае нарушения отдельных положений SLA. В рекомендации МСЭ-Т Y.1541 приведены верхние границы сетевых характеристик классов QoS, которым в соответствие поставлены услуги NGN (табл. 8.3). Рекомендация Y.1541 устанавливает следующее соответствие между классами качества обслуживания и приложениями: Класс 0 – приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видеоконференции); Класс 1 – приложения реального времени, интерактивные, чувствительные к джиттеру, (VoIP, видеоконференции); Класс 2 – транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация); Класс 3 – транзакции данных, интерактивные; Класс 4 – приложения, чувствительные к потере информации в процессе её передачи по сети (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео); Класс 5 – традиционное применение сетей IP с характеристиками передачи по умолчанию. Таблица 8.3 - Верхние границы сетевых характеристик QoS
8.3 Расчёт пропускной способности абонентских шлюзов Для расчёта транспортного ресурса на выходах абонентских шлюзов необходимо рассчитать интенсивность нагрузки, поступающей на входы шлюзов [11]. Значения параметров нагрузки должны приниматься по результатам измерений на действующей сети с учётом тенденций их изменения в процессе развития сети. При отсутствии результатов наблюдений за параметрами нагрузки при учебном проектировании можно принять параметры, приведенные в таблице 8.4. Интенсивность нагрузки, поступающей на резидентный шлюз, обычно рассчитывается как произведение суммарной исходящей и входящей удельной абонентской нагрузки аiна соответствующее число абонентов Nii-ой категории AРШ =  , (8.1)где r- число категорий абонентов. Интенсивность нагрузки, поступающей по потокам Е1 от концентраторов и УПАТС, рассчитывается как произведение максимально допустимого использования одного цифрового канала ηОЦ =0,8на число цифровых каналов NОЦ = NE130, где NE1 – число потоков Е1, включённых в шлюз доступа. A Ш Д = ηОЦ NОЦ. (8.2) Таблица 8.4. Средние значения параметров интенсивности нагрузки
Суммарная интенсивность нагрузки, поступающей на резидентный шлюз и шлюз доступа, равна Aшл = AРШ + A Ш Д . (8.3) Для экономии ресурсов транспортной сети в шлюзах для голосовых сообщений используются кодеки с компрессией (G.729, G.723.1 и др.). Сообщения от модемов и факсимильные сообщения обслуживаются без компрессии и преобразовываются в шлюзах с помощью кодеков G.711. Обозначим долю нагрузки от модемов и факсов через х. При отсутствиирезультатов статистических наблюдений за нагрузкой принимается х = 0,1. Тогда формулу для определения транспортного ресурса Vшлв кбит/с для обслуживания интенсивности информационной нагрузки Ашл. в эрлангах можно представить в виде Vшл.инф. = kиспАшл[(1-x)vКП G.729 +xvKП G.711], (8.4) где  – коэффициент использования канального ресурса. При применении технологии Ethernet обычно планируется использовать не более 80% от номинальной скорости канала. При этом kисп. = 1,25. Вместо кодека G.729а могут использоваться и другие кодеки с подавлением пауз. Транспортный ресурс шлюза должен быть рассчитан на передачу не только информационных, но и сигнальных сообщений.  Vшл. сиг. = ксиг. СMSANLсиг. Nсиг. 450, (8.5)где ксиг. – коэффициент использования транспортного ресурса при передачи сигнальных сообщений. По аналогии с расчётом сигнальной сети ОКС 7 принимается значение ксиг. = 5, что соответствует среднему использованию одного сигнального канала в 0,2 Эрл; Lсиг. – средняя длина одного сигнального сообщения в байтах. Эту величину можно принять равной Lсиг. =500 байт; 1/450 – результат приведения размерностей «байт в час» к «бит в секунду» (8/3600 = 1/450); Nсиг. – среднее число сигнальных сообщений при обслуживании одного вызова. При установлении голосового соединения можно принять Nсиг. =10; СMSAN– суммарное число вызовов, поступающих на MSAN. Эту величину можно рассчитать как отношение интенсивности поступающей нагрузки к средней длительности обслуживания одного вызова СMSAN=  . (8.6)Среднюю длительность обслуживания одного вызова, учитывая, что не все вызовы оканчиваются разговором,можно принять равнымtвыз. = 72 с. Подставив значения ксиг. = 5, Lсиг. = 500 байтам и Nсиг. =10 в (8.5), получим Vшл. сиг. = 55,5 СMSAN, бит/с. (8.7) Если в MSAN подключаются SIP-терминалы и LAN (локальные вычислительные сети), то требуемый транспортный ресурс должен быть увеличен на VSIP. Предоставление услуг телефонии рассчитывается по (8.4) и (8.5). При выходеабонентов в Интернет по технологии xDSL транспортный ресурс рассчитывается по формуле VИнт. =vИнт.NИнт. , (8.8) где NИнт – число абонентов, имеющих доступ в Интернет; vИнт – средняя скорость доступа в Интернет. По результатам статистических наблюдений при использовании технологии xDSL можно принять vИнт=10 кбит/с. При предоставлении абонентам услуги IPTV транспортный ресурс рассчитывается по формуле VIPTV= vIPTVNIPTV, (8.9) где NIPTV– число абонентов, имеющих доступ к услуге IPTV; vIPTV – средняя скорость доступа к услуге IPTV. По результатам статистических наблюдений можно принять vIPTV =2,5 Мбит/с. Общий транспортный ресурс для подключения MSAN определится как VMSAN = Vшл.инф. + Vшл. сиг. +VSIP + VИнт. +VIPTV . (8.10) Каналы Ethernet со скоростью VMSANна выходеMSAN включаются в два порта и соответственно в два коммутатора уровня агрегации транспортной сети: основной и резервный. 8.4. Расчёт пропускной способности транспортных шлюзов При известной интенсивности нагрузки АMGW, поступающей на транспортный шлюз, транспортный ресурс шлюза MGW рассчитывается по аналогии с формулой (8.4) VMGW = kиспАMGW[(1-x)vКП G.729 +xvKП G.711]. (8.11) Если нагрузка не известна, а задано только число цифровых потоков NE1, включённых на входы MGW от АТС с коммутацией каналов, то интенсивность нагрузки рассчитывается по аналогии с формулой (8.2) АMGW = ηОЦ NОЦ, (8.12) гдеNОЦ =NE1∙30. Транспортный ресурс сигнальных шлюзов SGW рассчитывается по аналогии с формулой (8.5)  VSGW= ксиг. СSGWLсиг. Nсиг. 450, (8.13)где CSGW=  . Каналы Ethernet на выходе MGW и SGW включаются в два порта и, соответственно, в два коммутатора уровня агрегации транспортной сети: основной и резервный. Расчёт пропускной способности транкинговых шлюзов производится по формулам (8.11) и (8.12). 8.5. Расчёт транспортного ресурса для передачи сигнальных сообщений управления шлюзами По транспортной сети передаются сигналы протокола H.248/MEGACO для управления шлюзами. По аналогии с (8.5) запишем выражение для оценки объёма транспортного ресурса для передачи этих сигналов: VH.248 = kсиг.  [cТфОП NТфОП + сЦСИС (NЦСИС +NSIP) + cV5 (NV5 + NУАТС)+ +CTGW], бит/с,где kсиг. =5; Lсиг. =500 байт; Nсиг. = 10; сТфОП =5; сЦСИС =сSIP =10; сV5 = cУАТС = 40; NV5 – число ОЦ, включённых через интерфейс V5 в MSAN; NУАТС – число ОЦ , включённых от УАТС в MSAN; CTGW =  – число вызовов, поступающих на транкинговые шлюзы.8.6. Расчёт пропускной способности коммутаторов Используем следующие обозначения: LIP– средняя длина пакета IP , используемого при передаче информации (как пользовательской, так и сигнальной) внутри пакетной сети в битах; VMGW – транспортный ресурс шлюзов MGW; VSGW– транспортный ресурс шлюзов SGW; VH.248– транспортный ресурс для передачи сигналов управления шлюзами и взаимодействия с ядром IMS; VПРТС – транспортный ресурс для передачи сообщений между пользователями фрагмента МСС и сетью подвижной радиотелефонной связи; VИнтер. – транспортный ресурс для доступа пользователей фрагмента МСС в Интернет; V ЗУC – транспортный ресурс для связи пользователей фрагмента МСС с зоновым узлом связи; KSW – число коммутаторов пакетной сети; Psw– минимальная производительность оборудования коммутаторов пакетной сети. Psw = [  + +  + VH.248+VПРТС +VИнтер. + +V ЗУС]LIPKSW, пак./с.Транспортный ресурс выражается в кбит/с. Среднюю длину IP-пакета можно принять равной 512 байт х 8 = 4,096 кбит. Задание 8. Состав проектируемой сети приведен на рис. 3.3. Схема фрагмента мультисервисной сети связи приведена на рис. 13.1. Структура мультисервисного узла доступа приведена на рис. 8.2. Ёмкость фрагмента мультисервисной сети связи приведена в задании 3 NIP6,7 =20 000. Распределение интенсивности исходящей телефонной нагрузки от 20 000 абонентов приведено в таблице 3.1. Будем считать, что 20 000 абонентских линий поровну распределены между двумя MSAN по 10 000. Пусть в каждом MSAN по 6 000 абонентов имеют доступ в Интернет и по 500 абонентов пользуются услугой IPTV. 1. Используя рекомендации, приведенные в разделе 13.3, рассчитать транспортный ресурс на выходе MSAN. 2. Используя рекомендации, приведенные в разделе 13.4, рассчитать транспортный ресурс на выходе транкинговых шлюзов. При этом необходимо учесть, что на транкинговые шлюзы поступают сообщения от/к ЗУC при установлении междугородных и международных соединений, а также соединений от/к сети ПРТС. 3. Рассчитать транспортный ресурс для передачи сигнальных сообщений управления шлюзами (раздел 13.5). 4. Рассчитать пропускную способность коммутаторов. 5. Привести анализ результатов проведенных расчётов. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||