Мультисервисные сети связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Теоретическая часть

1.1 Сущность Глобальной информационной структуры (GII). Области применения GII

Глобальная информационная структура (GII) это информационное образование, которое начало формироваться в 1995 году группой развитых стран, и разрабатывается как общемировая информационная сеть массового обслуживания населения планеты на основе интеграции глобальных и региональных информационно-телекоммуникационных систем, а также систем цифрового телевидения и радиовещания, спутниковых систем и подвижной связи.

Под Глобальной информационной структурой (Global information infrastructure - GII) следует понимать глобальную интегрированную среду телекоммуникационных и информационных сервисов (услуг), характеризующуюся следующими параметрами:

- «непрерывная» в пространстве и времени физическая доступность сервисов GII, то есть возможность доступа к GII в любой момент времени и в любой точке географического пространства;

- техническая простота доступа к GII, реализуемая посредством использования специализированных информационных устройств (приборов, терминалов) ввода/вывода нового поколения;

- всеобщая доступность сервисов GII, прежде всего по стоимости услуг, что позволяет потенциально каждому человеку за приемлемую плату име5ть необходимый доступ к информационным и телекоммуникационным сервисам GII;

- гарантированность обеспечения требуемого качества обслуживания и защиты информации при использовании услуг GII;

- обширный ассортимент выбора предоставляемых прикладных услуг, охватывающих все имеющиеся виды информации - аудио, видео, графическая, динамическая графика, данные, документы гипермультимедиа;

- функционирование на основе достижения широкого международного согласия общим принципам управления доступом к ресурсам GII, основанном на бесшовном соединении взаимосвязанных, интероперабельных коммуникационных сетей, компьютерного оборудования, информационных баз и информационных терминалов.

Пакет базовых технологий GII включает следующие виды индустрий:

- компьютерную;

- телекоммуникационную;

- бытовых электронных приборов (consumer electronics);

- информационных приложений или сервисов, также называемую индустрией содержаний или приложений (content or application industry).

Важной особенностью комбинаций базовых технологий, удовлетворяющих требованиям концепции GII, является их согласованность, целостность и законченность, в том смысле, что данные комбинации технологий определяют законченные сценарии предоставления сервиса пользователю.

Поскольку GII представляет собой довольно сложную комплексную технологию специалисты, занимающиеся этой проблемой, пришли к выводу, что для спецификации технологий GII не представляется возможным обойтись некоторой единой эталонной моделью. Поэтому для целей спецификаций свойств, услуг, принципов функционирования организационной структуры и других аспектов GII используется ряд базовых моделей. Рассмотрим некоторые модельные представления GII.

Одной из моделей является модель доступа пользователей к прикладным и коммуникационным сервисам GII. Данная модель изображена на рисунке 1, где в качестве основного элемента показана сетевая инфраструктура GII, образующая как бесшовное объединение в единую телекоммуникационную среду различных сетевых технологий. Сетевые технологии, являющиеся компонентами сетевой инфраструктуры GII, показаны на модели эллипсами, внутри которых указаны типы сетей. Такими сетевыми компонентами GII могут быть, например, системы узкополосного и широкополосного ISDN (N-ISDN, B-ISDN), сети передачи данных пакетной коммутации (PSDN), сети кабельного телевидения (CATV), современные локальные сетевые технологии (LAN) и другие.

Рис. 1. Модель доступа пользователей к прикладным и коммуникационным сервисам GII

Данная сетевая инфраструктура GII представляет собой пространственную среду, реализующую следующие основные функции:

- интеграцию разнообразных информационных, коммуникационных проблемно-ориентированных сервисов и ресурсов, включая такие сервисы, как электронная почта, видеоконференции и т.п.

- обеспечение гарантированного персонального доступа к сервисам и ресурсам GII независимо от времени и места нахождения потребителя с помощью применения пользовательских информационных приборов (различные терминалы, устройства ввода/вывода данных, коммуникационные приборы, оборудование по обработке информации и их комбинации);

- все организационно-технологические аспекты, необходимые для поддержки функционирования GII.

Целью корпоративной модели GII является идентификация интерфейсов, имеющих наибольшее коммерческое значение. Одним из центральных понятий при построении данной модели является понятие роли.

Роли исполняются участниками взаимодействия и обладают определенным временем жизни, интерфейсами, принимают от поставщиков сервис или услугу («товар»), изменяют ее (или дополняют) и передают далее своим пользователям, образуя, таким образом, некую цепочку, достигающую конечного потребителя. Пример такой цепочки приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Цепочка добавочной стоимости

Модель включает в себя следующие определения:

- роль - некоторая коммерческая активность, включаемая в цепь передачи услуги (товара);

- цепь передачи услуги - «дерево» ролей, объединяемых для предоставления конечной услуги;

- структурная роль - роль в основной промышленной цепи, имеющая некоторый производимый продукт (услугу) и связанная с экономической или деловой активностью в области информационных услуг и приложений;

- инфраструктурная роль - представляет элемент цепи, связанный с повторным использованием компонентов;

- участник - организация или индивидуум, выполняющий одну или несколько ролей, может быть коммерческой, правительственной или неправительственной организацией;

- отношения между ролями - возникают при соединении двух ролей в цепи с целью передачи услуги (товара);

- сегмент - часть роли.

Целью структурной модели GII является идентификация услуг и предоставляемых приложений, предлагаемых ролями. Пример структурной модели приведен на рисунке 3. На рисунке видно, что для предоставления услуги роль должна объединить ресурсы в применимый набор. Ресурс может предоставляться другой ролью, то есть быть приложением или услугой другой роли.

Рис. 3. Структурная модель GII

Модель включает в себя следующие определения:

- услуга - взаимодействие между компонентами системы, характеризуется транзакциями между ролями, и в общем случае роль клиента запрашивает роль сервера о необходимой информации;

- приложение - подобно услуге, однако, в отличие от услуги, может быть использовано повторно;

- домен (область ответственности, сфера, отрасль) - набор сегментов во владении участника;

- платформа обеспечения услуги - основа, состоящая из набора сегментов, необходимых для предоставления услуги, может включать несколько доменов;

- контракт - основа соглашений между участниками, исполняющими разные роли и определяющая порядок взаимодействия между ними;

- интерфейс услуги - средства использования услуги участником взаимодействия, включающие аспекты межролевых отношений, информационные, вычислительные, реализационные;

- сервисная компонента - компонента интерфейса услуги;

- сегмент - сущность, общая для корпоративного, структурного и функционального моделирования.

GII включает в себя следующие функции:

- прикладные функции - логические сущности приложений (объекты приложений);

- функции среднего уровня - логические сущности среднего уровня (объекты среднего уровня):

- функции управления услугой (SCF) - функции среднего уровня, позволяющие «строить» услуги из сервисных компонент и ресурсов;

- функции менеджмента (MF) - функции среднего уровня, администрирующие все другие функции;

- функции базового уровня (BF) - логические сущности, предоставляющие функциям приложений и среднего уровня возможности работы, взаимодействия и организации интерфейса с пользователем;

- сетевые функции (NF) - логические сущности, поддерживающие коммуникации и включающие транспортные и управляющие функции.

GII включает в себя общие классы сервисов, состоящие из следующих элементов:

- сервисы обмена данными (Data Interchange Services) для передачи текстовой информации;

- сервисы обмена графическими данными (Graphic Services), включая движущиеся образы;

- сервисы обмена и генерации аудиоинформации (Audio Services);

- сервисы представления данных (Data Presentation Services) с использование различных форматов преобразования одних форм представления в другие;

- сервисы управления данными (Data Management Services) для управления хранением и восстановлением данных, используемых средствами GII;

- сервисы сетевого управления (Network Control Services) для управления передачей данных через одну или более сетей;

- сервисы расчета стоимости используемых услуг (Cost Billing Services).

Уровень средств реализации сервисов в свою очередь разбивается на три общих класса сервисов, а именно:

- коммуникативные сервисы (Communication Services);

- сервисы стандартизованных структур данных для передачи информации (Standardized Data Structures for Transport of Information);

- стандартизованные механизмы пользовательского взаимодействия (Standardized User Interaction Mechanisms).

Таким образом, в основе реализации концепции GII лежит всеобъемлющая комплексная стандартизация ИТ. Стандартизацией технологий и сервисов GII занимается большое число специализированных международных организаций стандартизации ИТ.

1.2 Требования, предъявляемые к транспортным мультисервисным сетям

Мультисервисная сеть - сеть связи, построенная в соответствии с концепцией сети связи следующего поколения и обеспечивающая предоставление неограниченного набора разнородных телекоммуникационных услуг по единой инфраструктуре передачи данных.

Мультисервисные сети позволяют операторам расширить свои сетевые магистрали в направлении предоставления новых сервисов, предлагая дополнительные услуги для широкого круга клиентов.

Растущий спрос на новые виды широкополосных передач данных, потребность в доступе к сети Internet в условиях жесткой конкуренции вынуждает провайдеров расширять диапазон услуг, снижать расходы на инфраструктуру и прочее. Таким образом, нужна платформа способная предложить комплексное решение, позволяющее предоставлять широкий спектр услуг: АТМ, Frame Relay, IP, передачи голоса и видеосигнала с гарантированным качеством обслуживания (QoS) и максимальной готовностью. При этом клиент становится абонентом недорогих и надежных служб от одного поставщика, получает высокоскоростной доступ к Internet, имеет возможность вносить изменения в набор услуг и служб и оплачивает только один счет.

Мультисервисная сеть должна включать в себя:

- транспортные каналы и протоколы, способные передавать с гарантированным качество информацию любого типа (речь, видео, данные и др.):

- оборудование доступа к сетям и разнообразные терминальные устройства;

- объединять сети различных операторов (ТфОП, сети мобильной связи и IP-сети) в единую сеть;

- предоставлять пользователям широкий набор услуг.

Перспективные мультисервисные сети связи должны отвечать следующим требованиям:

- мультисервисность - независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

- широкополосность - возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;

- мультимедийность - способность сети передавать многокомпонентную информацию (аудио, видео, данные и др.) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

- интеллектуальность - возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;

- инвариантность доступа - возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;

- многооператорность - возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности.

При формировании требований к перспективным мультисервисным сетям связи необходимо учитывать особенности деятельности поставщиков услуг. Современные подходы к регламентации услуг присоединения предусматривают доступ поставщиков услуг, в том числе и не обладающих собственной инфраструктурой, к ресурсам сети общего пользования на недскриминационной основе. При этом основными требованиями, предъявляемыми поставщиками услуг к сетевому окружению являются:

- обеспечение возможности работы оборудования в мультиоператорской среде, то есть увеличение числа интерфейсов для подключения к сетям сразу нескольких операторов связи, в том числе на уровне доступа;

- обеспечение взаимодействия узлов поставщиков услуг для их совместного предоставления;

- возможность применения масштабируемых технических решений при минимальной стартовой стоимости оборудования.

2. Расчетная часть

Исходные данные для расчета нагрузки мультисервисной сети доступа приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Исходные данные

Службы МСС Параметры трафика	Телефонная	Цветной факс	Передача файлов	Видеотелефония
Колич. Источников, N, тыс	3,0	0,05	0,02	0,01
Удельная нагрузка ау, в ЧНН, Эрл	0,05	0,1	0,2	0,1
Пиковая скорость Vпик, Мбит/с	0,064	2,0	10,0	0,512
Пачечность	1	1	10	5
Доля исходящей нагрузки к междугор. и междунар. сетям	0,03	-	0,01	0,01

2.1 Расчет нагрузки, создаваемой сетью доступа на транспортную сеть

1. Пусть задано количество источников службы телефонии NT=3000 с удельной нагрузкой от каждого источника - ауд=0,05 Эрл;

Найдем суммарную нагрузку, создаваемую всеми источниками службы телефонии:

Аисхт = ауд * NT = 0,05 * 3000 =150 Эрл;

транспортный мультисервисный сеть

Найдем количество каналов V1 для обслуживания нагрузки Аисхт, при потерях Р=0,1%, по таблицам Пальма: V1=184 канала типа B - 64 Кбит/c);

Теперь учтем тот факт, что для перевозки речи по IP-сети, в IP-шлюзе концентратора МАК к речевым сообщениям, разбитым каким-либо аудиокодеком на пакеты, добавляются заголовки протоколов RTP/UDP/IP/Ethernet, что вносит значительную долю избыточности.

Поэтому пропускная способность, выделяемая в физическом интерфейсе 100 Base-T на выходе концентратора МАК, будет больше скорости аудиокодека на величину этой избыточности.

Если в шлюзе используется кодек G.711 без подавления пауз в разговоре, то ресурс, который должен быть выделен для переноса пользовательской информации сети доступа через транспортную пакетную сеть, определим по формуле [1]:

СТ = V1G.711 * 64 Кбит/с * Kизб, (Кбит/с)

где VG.711 - скорость передачи кодека G.711 в шлюзе трактов,

Kизб - коэффициент использования ресурса (избыточность за счет служебных заголовков);

Возьмем значение Кизб=1,4 для кодека G,711, найдем суммарную пропускную способность, которую надо выделить в ядре транспортной сети для пропуска нагрузки от источников службы телефонии: СТ = 184 * 64 * 1,4 = 16576 (Кбит/с) = 16,486 Мбит/с;

2. Пусть один МАК обслуживает 50 источников цветного факса (ЦФ) с удельной нагрузкой ацфуд = 0,1 Эрл от одного терминала факса, тогда

Аисхцф = ацфуд Nцф = 0,1 50 = 5 Эрл;

Найдем количество трактов E1 (NЦФE1) для обслуживания источников ЦФ (нагрузка B), при потерях Р=0,1%, по таблицам Пальма: NЦФE1 = 8 трактов Е1;

Общая пропускная способность, выделяемая в транспортной сети для источников службы ЦФ:

СЦФ = NЦФE1 * 2048 (Кбит/с) = 8 * 2048 (Кбит/с) = 16,384 Мбит/с;

3. Пусть один МАК обслуживает 20 источников передачи файлов (ПФ) с удельной нагрузкой апфуд = 0,2 Эрл от каждого источника, тогда

Аисхпф = апфу Nпф = 0,2 20 = 4 (Эрл);

Для нахождения пропускной способности сетевого интерфейса для службы передачи файлов, учтем тот факт, что данная служба работает не в режиме реального времени, а допускает задержки, поэтому расчет пропускной способности необходимо вести для модели обслуживания с ожиданием.

Воспользуемся диаграммами для вероятностей ожидания из приложения П4 [4] рис.2.3.

Рисунок - Диаграмма вероятностей ожидания в СМО М/М/V

Найдем количество трактов с пропускной способностью 10 Мбит/с (NПФ10) для обслуживания источников ПФ при вероятности ожидания С=0,001, по диаграмме вероятности ожидания в системе M/M/r: NПФ10 = 9 трактов с пропускной способностью СПФ = 10 Мбит/с каждый.

Теперь учтем, что потоки от разных источников передачи файлов, характеризующиеся коэффициентом пачечности Кп = 10, на выходе концентратора статистически мультиплексируются в общий тракт, благодаря чему результирующая пропускная способность выходного тракта концентратора в Кпач раз:

СПФвых = NПФ10 CПФ/Кпач = 9 * 10 / 10 = 9 Мбит/c;

Т.е. для обслуживания трафика от 10 источников ПФ, благодаря статистическому мультиплексированию в узле доступа МАК «Протей», достаточно в сетевом интерфейсе между МАК «Протей» и ядром мультисервисной сети выделить пропускную способность СПФВЫХ = 9 Мбит/с.

4. Пусть один МАК обслуживает 10 источников видеотелефонии (ВТФ) с удельной нагрузкой аВТФуд = 0,1 Эрл от каждого источника, тогда

Yисхвтф = автфуд Nвтф = 0,1 10 = 1 Эрл;

найдем количество трактов NВТФ512 со скоростью 512 Кбит/с для обслуживания 10 источников ВТФ при потерях Р=0,1%, по таблицам Пальма: NВТФ512 = 6; Теперь учтем, что потоки от разных источников видеотелефонии, характеризующиеся коэффициентом пачечности Кп = 5, на выходе концентратора МАК статистически мультиплексируются в общий тракт, благодаря чему результирующая пропускная способность выходного тракта концентратора в Кпач раз:

СВТФвых = NВТФ512 CВТФ/Кпач = 6 * 512 / 5 = 614,4 Кбит/c;

Т.е. для обслуживания трафика от 10 источников ВТФ, благодаря статистическому мультиплексированию в узле доступа МАК «Протей», достаточно в сетевом интерфейсе между МАК «Протей» и ядром мультисервисной сети выделить пропускную способность СВТФВЫХ = 614,4 Кбит/c.

5) Для обслуживания источников служб ПФ и ВТФ на выходе концентратора МАК требуется тракт с пропускной способностью

СВТФ,ПФвых = СВТФвых + СПФВЫХ = 614,4 Кбит/c + 9 Мбит/с = 9,614 (Мбит/c).

6) Суммарная пропускная способность, которую нужно выделить в ядре транспортной сети для всех служб:

Собщ = СТвых + СЦФвых + СВТФ,ПФвых = 16,486+16,384+9,614 = 42,484 (Мбит/c).

2.2 Расчет сигнальной нагрузки транспортной сети

IP-шлюз, входящий в состав МАК, реализует функции как транспортного, так и сигнального шлюза.

Поэтому предусмотрим транспортный ресурс (пропускную способность CSIP) для обмена сообщениями протокола сигнализации SIP между МАК и Softswitch:

CSIP = kSIP LSIP NSIP Аисхт / 450

где kSIP = 5 - коэффициент использования транспортного ресурса при передаче сообщений протокола сигнализации SIP (соответствует обратной величине нагрузки на сигнальный канал - 0,2 Эрл, т.е. kSIP=1/0,2 Эрл = 5);

LSIP - средняя длина сообщений (в байтах) протокола сигнализации SIP (512 байт);

NSIP - среднее количество сообщений протокола сигнализации SIP при обслуживании одного вызова (обычно не более 18 сообщений, т.е. NSIP = 18);

Аисхт - нагрузка от источников телефонной службы, рассчитанная в предыдущем разделе;

1/450 = 8 байт/3600 сек - коэффициент, с помощью которого выполняется пересчет размерности «байт в час» в «бит в секунду».

Объем общего транспортного ресурса для протокола SIP может быть оценен с помощью формулы (2.2):

CSIP = 5 512 18 150 / 450 = 15360 (бит/с), (2.2)

Рисунок 2.4 - Согласование сети доступа с транспортной сетью с помощью шлюза трактов, совмещенного со шлюзом сигнализации

2.3 Расчет производительности узлов транспортной пакетной сети

Производительность узла транспортной мультисервисной сети - HNODE или HN (коммутатора или маршрутизатора) измеряется числом коммутируемых или маршрутизируемых пакетов в единицу времени (кадр/сек, пакет/с).

Минимально допустимую производительность узла транспортной мультисервисной сети (коммутатора или маршрутизатора) определим, используя выражение:

K

HN = Ci / L = Cобщ / L, (3.1)

i=1

где i - номер интерфейса данного узла;

K - количество интерфейсов данного узла;

L - средняя длина пакета в битах;

Сi - требуемая (рассчитанная) пропускная способность i-го интерфейса данного узла (коммутатора, маршрутизатора, шлюза) (бит/с);

Собщ - общая пропускная способность всех интерфейсов данного узла, определенная расчетом для всех служб.

Рассчитаем требуемую производительность Ethernet-коммутатора (Switch) на рис.2.2, имеющего 4 интерфейса (K=4).

Пусть средняя длина Ethernet-кадра LEth = 300 байт = 8 бит/байт * 300 байт=2400 бит.

Тогда, в соответствии с (3.1):

HSW = Собщ / LEth = 42,484 106 / 2400 = 17702 (пакетов / с).

Количество и типы интерфейсов данного узла определяется топологий нашего варианта сети. На рисунке 2.2 к коммутатору подключены:

- 1 речевой шлюз (MGW)

- 2 DSLAM

- один маршрутизатор ядра мультисервисной сети

Будем использовать однотипные интерфейсы Ethernet-узла, например, FE (Fast Ethernet).

Литература

1. Костюкович А.Е. Методические указания по выполнению курсового проекта «Оценка ресурсов мультисервисной транспортной сети». Новосибирск 2015

2. Материалы с сайта aek-54.ru

3. Интернет-ресурс http://oit.cmc.msu.ru/lectures/AnalizeIT/Ch16.html

4. Интернет-ресурс: http://freeref.ru/wievjob.php?id=735206

5. Интернет-ресурс: http://bibliofond.ru/view.aspx?id=563715

6. Конспект лекций

Размещено на Allbest.ru

...