Проектирование сети связи на базе IP-телефонии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные

Введение

1. Обзор сервисных платформ

2. Технология IP-телефонии на базе семейства протоколов H.323

3. Технология IP-телефонии на базе SIP протокола

4. Разработка структурной схемы для обеспечения телефонных услуг на базе технологии IP-телефонии

5. Расчет интенсивностей телефонной нагрузки

5.1 Выбор типа аудиокодека

5.2 Расчет коэффициента избыточности

5.3 Расчет местной нагрузки

5.4 Распределение нагрузки по направлениям

6. Расчет числа соединительных линий

7. Выбор оборудования

Заключение

Список использованных источников

Исходные данные

Таблица 1. Источники нагрузки (количество и типы):

№ кластера Nкл	1	2	3	4	5	6
Тип кластера	TGW-1	TGW-2	AGW-1	AGW-2	SIP-1	SIP-2
Общее число терминалов в кластере Nk (емкость кластера)	10000	9500	1700	1540	1620	1280
Тип интерфейса	Z/E1	Z/E1	Z/PRI	Z/PRI	100-ВТ	100-ВТ

Таблица 2. Структурный состав терминалов, подключаемых по Z-интерфейсу (аналоговые абонентские линии к АТС и AGW):

n	Тип терминала	Структурный состав (%) от емкости кластера	Удельная нагрузка y (Эрл)
1	TAкв (аналоговые ТА квартирного сектора)	70	0,015
2	TAнх (аналоговые ТА народно-хозяйственного сектора)	17	0,065
3	Факсимильные аппараты гр. 2 и 3 (Fax)	3	0,18
4	Модем (dial-up выход на ISP)	7	0,24
5	Офисные УПАТС (PBX), включенные по АЛ	3	0,27

3. Удельная речевая нагрузка от одного SIP-терминала квартирного сектора - 0,13 Эрл

4. Удельная речевая нагрузка от одного SIP-терминала народно-хозяйственного сектора - 0,27 Эрл

Таблица 3. Структурный состав и характеристики типов аудиокодеков в SIP-терминалах

N	Тип аудиокодека	Структурный состав (%) от емкости кластера	Скорость V (кбит/с)	Размер речевого кадра L (байт)	Длительность речевого кадра T (мс)	Кол-во речевых кадров в одном IP-пакете nречь
1	G.711	10	64	80	10	6
2	G.729	90	8	10	10	3

Таблица 4. Структурный состав и характеристики типов аудиокодеков в шлюзах TGW/AGW

n	Тип аудиокодека	Структурный состав (%) от емкости кластера	Скорость V (кбит/с)	Размер речевого кадра L (байт)	Длительность речевого кадра T (мс)	Кол-во речевых кадров в одном IP-пакете nречь
1	G.711	80	64	80	10	9
2	G.729	20	8	10	10	5

Введение

Сеть IP-телефонии представляет собой совокупность оконечного оборудования, каналов связи и узлов коммутации. Сети IP-телефонии строятся по тому же принципу, что и сети Интернет. Однако в отличие от сетей Интернет, к сетям IP-телефонии предъявляются особые требования по обеспечению качества передачи речи.

IP-телефония - это технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть для ведения международных, междугородных или других телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени.

Для организации телефонной связи по IP-сетям используется специальное оборудование - шлюзы IP-телефонии. Каждый шлюз должен быть соединен с телефонным аппаратом или абонентской линией АТС, пользователи которых будут являться абонентами IP-шлюза.

IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации. Для обеспечения стабильной телефонной связи по IP-сетям введены специальные протоколы передачи данных, например, RTP. При передаче в режиме реального времени до 30% пакетов могут быть утеряны или получены с опозданием (что в режиме реального времени одно и то же). Хорошее приложение IP-телефонии должно возместить нехватку пакетов, восстановив потерянные данные. Сам алгоритм кодирования речи также оказывает влияние на восстановление данных. Для кодирования звуковой информации обычно используются следующие кодеки: G.711, G.722, G.723, G.723.1, G.726, G.728, и G.729. Два абонента разных IP-шлюзов, разделенные расстоянием в тысячи километров, могут общаться в режиме реального времени, оплачивая только время подключения к IP-сети.

С равным успехом IP-шлюз может использоваться и в локальной IP-сети. Общий принцип действия телефонных шлюзов IP-телефонии таков: с одной стороны шлюз подключается к аналоговым телефонным линиям - и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны шлюз подключен к IP-сети - и может связаться с любым компьютером в мире. Шлюз принимает телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через IP-сеть по назначению с использованием протокола IP. Для пакетов, приходящих из IP-сети на шлюз и направляемых в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие процесса связи (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный разговор.

На основе этих базовых операций можно построить много различных конфигураций. Для того, чтобы осуществить междугородную (международную) связь с использованием технологии IP-телефонии, организация или оператор услуги должны иметь по шлюзу (или IP-телефону) в тех местах, куда и откуда планируются звонки. Стоимость такой связи на порядок меньше стоимости телефонного звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для международных переговоров. IP-телефония опирается на две основных операции: преобразование (сжатие) речи внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и упаковку в пакеты для передачи по IP-сети.

В IP-телефонии используется особая система передачи пакетов со звуковой информацией, что обусловлено спецификой передачи данных по IP-сетям. В традиционных телефонных линиях между абонентами во время разговора создается канал, чем обеспечивается фиксированная пропускная способность для передачи сигнала. В то время как IP-сеть представляет собой систему, реализующую принцип коммутации и маршрутизации пакетов.

IP-сеть не предоставляет гарантированного пути между точками связи, вся передаваемая информация (голос, текст, изображения, и т.п.) разделяется на пакеты данных, имеющие в своем составе адреса точек назначения (приема и передачи) и порядковый номер. Узлы IP-сети направляют эти пакеты по сети до окончания маршрута доставки. После прибытия пакетов к точке назначения, для восстановления исходного объема упорядоченных данных используются порядковые номера пакетов. Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, таких как e-mail, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения.

1. Обзор сервисных платформ

Сети связи следующего/нового поколения (NGN)- это пакетные сети, способные предоставлять инфокоммуникационные услуги, в том числе с использованием различных видов широкополосных соединений, транспортных технологий с обеспечением QoS, в которых процедуры предоставления услуг независимы от транспортных технологий, на которых они реализованы. Это обеспечивает пользователям открытый доступ к различным сервис-провайдерам и поддерживает обобщенную мобильность (generalized mobility), которая обеспечивает общепринятый и единообразный порядок предоставления услуг пользователям.

Рис.1 Схема взаимодействия оборудования Softswitch с компонентами в телекоммуникационной системе.

Оборудование Softswitch взаимодействует со многими компонентами в телекоммуникационной системе. В верхней части рисунка показаны такие функциональные блоки: система тарификации, платформа услуг и приложений, а также сеть общеканальной сигнализации (ОКС). Следует только отметить возможность выхода через сеть ОКС на узел управления услугами (Services Control Point- SCP), входящий в состав интеллектуальной сети, что позволяет дополнить услуги и приложения, доступные абонентам непосредственно через Softswitch, интеллектуальными услугами. Логика обработки вызовов реализуется в контроллере шлюзов (Media Gateway Controller- MGC). Взаимодействие Softswitch с коммутационными станциями других сетей осуществляется через оборудование Media Gateway (MG).

Для этих целей используется протокол MGCP (Megaco), разработка которого была выполнена в IETF (Инженерная группа по проблемам Интернет) подгруппой Megaco (Media Gateway Control). Протокол MGCP в силу того, что он был разработан в IETF, ориентирован, в основном, на IP-технологии. В результате работы МСЭ появился проект рекомендации H.248, который ориентирован скорее на передачу мультимедийной информации, чем передачу неструктурированного трафика данных. Пунктирной линией на рисунке 1.1 показана связь Softswitch с пакетной сетью, которая, как правило, базируется на технологиях IP и ATM. Пакетная сеть обрабатывает основную часть трафика телекоммуникационной системы. Переход к сети с коммутацией пакетов целесообразно осуществлять путем постепенной эволюции телекоммуникационной системы.

Технология пакетной телефонии.

Классически телефонные сети основаны на технологии коммутации каналов, которая для каждого телефонного разговора требует выделенного физического соединения.

Следовательно, один телефонный разговор представляет собой одно физическое соединение телефонных каналов.

В этом случае аналоговый сигнал шириной 3,1 кГц передается на ближайшую АТС, где он мультиплексируется по технологии временного разделения с сигналами, которые поступают от других абонентов, подключенных к этой АТС.

Далее групповой сигнал передается по сети межстанционных каналов. Достигнув АТС назначения, сигнал демультиплексируется и доходит до адресата.

Основным недостатком телефонных сетей с коммутацией каналов является неэффективное использование полосы канала - во время пауз в речи канал не несет никакой полезной нагрузки.

Рис.2 Схема классической телефонной сети

Переход от аналоговых к цифровым технологиям стал важным шагом для возникновения современных цифровых телекоммуникационных сетей. Одним из таких шагов в развитии цифровой телефонии стал переход к пакетной коммутации. В сетях пакетной коммутации по каналам связи передаются единицы информации, которые не зависят от физического носителя. Такими единицами могут быть пакеты, кадры или ячейки (в зависимости от протокола), но в любом случае они передаются по разделяемой сети, более того - по отдельным виртуальным каналам, не зависящим от физической среды. Каждый пакет идентифицируется заголовком, который может содержать информацию об используемом им канале, его происхождении (т.е. об источнике или отправителе) и пункте назначения (о получателе или приемнике).

В сетях на основе протокола IP все данные - голос, текст, видео, компьютерные программы или информация в любой другой форме - передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями и процессами по одной и той же линии. При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.

Сети IP-телефонии предоставляют возможности для вызовов четырех основных типов:

· «От телефона к телефону» (рис.3). Вызов идет с обычного телефонного аппарата к АТС, на один из выходов которой подключен шлюз IP-телефонии, и через IP-сеть доходит до другого шлюза, который осуществляет обратные преобразования.

· «От компьютера к телефону» (рис.4). Мультимедийный компьютер, имеющий программное обеспечение IP-телефонии, звуковую плату (адаптер), микрофон и акустические системы, подключается к IP-сети или к сети Интернет, и с другой стороны шлюз IP-телефонии имеет соединение через АТС с обычным телефонным аппаратом.

Рис 3. Сеть «От телефона к телефону»

· «От компьютера к компьютеру» (рис. 5). В этом случае соединение устанавливается через IP-сеть между двумя мультимедийными компьютерами, оборудованными аппаратными и программными средствами для работы с IР-телефонией.

Рис. 4 Сеть «От компьютера к телефону»

Рис. 5 Сеть «От компьютера к компьютеру»

Рис.6 Сеть «От WEB браузера к телефону»

· «От WEB браузера к телефону» (рис. 6). С развитием сети Интернет стал возможен доступ и к речевым услугам. Например, на WEB-странице некоторой компании в разделе «Контакты» размещается кнопка «Вызов», нажав на которую можно осуществить речевое соединение с представителем данной компании без набора телефонного номера. Стоимость такого звонка для вызывающего пользователя входит в стоимость работы в сети Интернет.

2. Технология IP телефонии на базе протокола H.323

Рекомендации ITU-T, входящие в стандарт H.323, обеспечивают проведение мультимедийных конференций в пакетных сетях, главным образом ЛВС Ethernet. Они определяют порядок функционирования абонентских терминалов в сетях с разделяемым ресурсом, не гарантирующих качества обслуживания (QoS).

Стандарт H.323 не связан с протоколом IP, однако, большинство реализаций основано на этом протоколе. Набор рекомендаций определяет сетевые компоненты, протоколы и процедуры, позволяющие организовать мультимедиа-связь в пакетных сетях.

H.323 следует рассматривать как объединение различных, уже известных спецификаций. Это пять стандартов на аудио, 2 - на видеокодеки, один - на мультиплексирование данных, 3 стандарта сигнализации, а также версия протокола передачи в режиме реального времени (RTP) речевых и видеопакетов.

Стандарт H.323 определяет четыре основных компонента, которые вместе с сетевой структурой позволяют проводить двусторонние (точка-точка) и многосторонние (точка - много точек) мультимедиа-конференции.

Терминал может представлять собой ПК или автономное устройство, способное выполнять мультимедиа-приложение. Он обязан обеспечивать звуковую связь и может дополнительно поддерживать передачу видео или данных. Вследствие того, что основной функцией терминала является передача звука, он играет ключевую роль в предоставлении сервиса IP- телефонии.

H.323 терминал должен поддерживать следующие протоколы:

· H.245 - для согласования параметров соединения

· Q.931 - для установления и контроля соединения

· RAS - для взаимодействия с привратником

· RTP/RTCP - для оптимизации доставки потокового аудио (видео)

· семейство протоколов H.450 - для поддержки обязательных в H.323 дополнительных видов обслуживания (ДВО) аудиокодек G.711. Дополнительными компонентами могут быть другие аудиокодеки и видеокодеки H.261 и H.263. поддержка T.120 для совместной работы над документами необязательна.

Шлюз (gateway) не входит в число обязательных компонентов сети H.323. Он необходим только в случае, когда требуется установить соединение с терминалом другого стандарта. Эта связь обеспечивается трансляцией протоколов установки и разрыва соединений, а также форматов передачи данных. Шлюзы H.323 сетей широко применяются в IP телефонии для сопряжения IP сетей и цифровых или аналоговых коммутируемых телефон-ных сетей.

Привратник (gatekeeper) выступает в качестве центра обработки вызовов внутри своей зоны и выполняет важнейшие функции управления вызовами. (Зона определяется как совокупность всех терминалов, шлюзов и MCU под юрисдикцией данного привратника.) Привратник - необязательный компонент сети H.323, однако, если он присутствует в сети, то терминалы и шлюзы должны использовать его услуги.

Сервер многосторонней конференции (MCU) обеспечивает связь трёх или более H.323 терминалов. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с MCU. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.

Использование H.323 протокола не ограничивается ЛВС. Реализация этого стандарта на IP позволяет предоставить клиенту по одному физическому каналу услуги телефонии и Интернет. У заказчика устанавливается маршрутизатор с голосовыми модулями (вариант а), к которым подключаются телефонные аппараты (или офисная АТС). Голосовые модули выполняют функции шлюза между IP - сетью и аналоговыми телефонными аппаратами, преобразуя голос в IP пакеты. Наряду с подключением телефонных аппаратов к голосовым портам маршрутизатора возможно использование IP-телефонов (вариант б). В таком случае оцифровка речи и упаковка её в пакеты происходит непосредственно в IP-телефоне.

Количество телефонов и скорость доступа в Интернет для пользователей в ЛВС зависят от пропускной способности линии связи. При использовании G.729 кодека необходимая пропускная способность для каждого голосового соединения составит 12 кбит/с. При отсутствии телефонных разговоров вся ёмкость канала используется для доступа в Интернет. Подключение осуществляется по выделенному каналу или по каналу Frame Relay к территориально-распределённой сети поставщика услуг Интернет и IP телефонии.

Такая схема даёт возможность клиенту подключить удалённый офис к территориально - распределённой сети (ТРС) предоставления интегрированных услуг Интернет и IP-телефонии. Естественно, что такой вариант подключения возможен лишь в случае нахождения офиса в пределах территории обслуживания:

· поставщика услуг Интернет и IP-телефонии

· узла предоставления интегрированной услуги корпоративной сети (в случае подключения к корпоративной IP сети)

Достоинство такого способа подключения в том, что, имея одну линию связи, клиент может получить выделенный доступ в Интернет и даже прямые городские телефонные номера.

3. Технология IP телефонии на базе протокола SIP

SIP - Session Initiation Protocol (протокол инициирования сеансов) - используется для создания, изменения и разрыва "сессий" между одним или несколькими участниками. Понятие "сессии" в протоколе SIP достаточно широкое. Под "сессией" могут подразумеваться не только телефонные звонки, но и передача данных, конференции, децентрализованные игры и т. д. SIP регламентирует только процедуру установки соединения между устройствами, поэтому обычно наряду с SIP используется протокол передачи информации. В случае IP-телефонии в качестве таких протоколов выступают RTP и SDP. Разработкой протокола SIP занимался комитет MMUSIC организации IETF, поэтому в отличие от протокола H.323 (разработанного телефонистами из ITU-T) протокол SIP является более интернет-ориентированным и предназначен для предоставления несколько других (по сравнению с H.323) услуг. Ключевые возможности протокола SIP:

· Мультимедийность.

· Персональная мобильность пользователей. Пользователи могут перемещаться без ограничений в пределах сети, поэтому услуги связи должны предоставляться им в любом месте этой сети. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится.

· Масштабируемость сети. Она характеризуется в первую очередь возможностью увеличения количества элементов сети при её расширении. Серверная структура сети, построенной на базе протокола SIP, в полной мере отвечает этому требованию.

· Открытость и простота. По убеждению авторов и специалистов, SIP позволит наполнить решения и продукты новыми сервисами и возможностями. Что касается простоты, то достаточно сказать, что все используемые в SIP сообщения имеют текстовый формат и поддерживают вложение любых типов данных. Поэтому голосовое соединение может сопровождаться обменом данными между приложениями. Так, разговор по протоколу SIP свободно дополняется передачей данных от одного абонента другому, например, электронной визитки, цифровых фотографий или даже файла MP3.

· Клиент-серверная архитектура.

· Возможность реакции на события. Так, клиент может "подписаться" на определенное событие (например, обновление статуса пользователя), и как только оно наступит, сервер вышлет соответствующее обновление.

Протокол SIP во многом схож с широко используемым протоколом HTTP, который также можно считать сигнальным (клиенты запрашивают у сервера нужные им документы). При установке соединения параметры сессии описываются в соответствии с SDP и вместе с заголовками протокола SIP передаются клиенту. Коды ответов протокола SIP также очень похожи на стандартные коды протокола HTTP. В случае удачного ответа клиенту посылается код 200, адрес не найден (404), ошибка авторизации (403) и др. Клиенты SIP-сети идентифицируются по универсальным идентификаторам SIP-URI, внешне похожим на адреса электронной почты: sip:platov@cs.vsu.ru. Таким образом, имя клиента SIP состоит из персональной части (до знака @), идентифицирующей пользователя, и доменной части (после @), определяющей, например, организацию. В качестве доменной части возможно использование DNS-имени. Протокол SIP выделяет следующие типы объектов сети:

· Агенты.

· Серверы регистрации.

· Серверы перенаправления.

· Прокси-серверы.

4. Разработка структурной схемы для обеспечения телефонных услуг на базе технологии IP телефонии

Исходя из полученных исходных данных, строим структурную схему обеспечения телефонных услуг на базе технологии IP телефонии.

Рис. 7 Структурная схема обеспечения телефонных услуг на базе технологии IP телефонии.

Каждый терминал в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:

- Физический (МАС-адрес) -- локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети -- это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-A0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта -- идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, включая X.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.

- Сетевой (IP-адрес), состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно или назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.

Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла -- гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае, узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

- Символьный (DNS-имя) -- идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Три основных класса IP-адресов

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например: 128.10.2.30 -- традиционная десятичная форма представления адреса, 10000000 00001010 00000010 00011110 -- двоичная форма представления этого же адреса. На рис.8 показана структура IP-адреса.

Рис. 8 Структура IP-адреса

Адрес состоит из двух логических частей -- номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

- Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 216 , но не превышать 224.

- Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28-216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

- Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла -- 8 битов.

- Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес -- multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

- Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.

5. Расчет интенсивностей телефонной нагрузки

5.1 Выбор типа аудиокодека

Тип аудиокодека определен в задании к курсовому проекту (G.711 и G.729)

5.2 Расчет коэффициента избыточности

Расчет коэффициента избыточности производится по формулам:

, (1)

где - количество речевых кадров в одном IP-пакете

- размер речевого кадра

,(2)

где - длина заголовка RTP,

- длина заголовка UDP,

- длина заголовка IP,

- длина заголовка Ethernet ,

Подставим данные и сведем полученные результаты в Таблицу 1

Таблица 1 Коэффициенты избыточности

	Кодек	Lинф	Lобщ	Kэфф	Kизб
SIP	G.711	480	534	0,899	0,101
	G.729	30	84	0,357	0,643
TGW/AGW	G.711	720	774	0,930	0,070
	G.729	50	104	0,481	0,519

5.3 Расчет возникающей местной нагрузки

Поступающая на сетевой узел от k-ой группы абонентов местная нагрузка определяется:

, (6)

где - тип нагрузки

- количество источников нагрузки

- удельная нагрузка от k-го источника

учитывает неуспешные вызовы

Подставим данные и сведем полученные результаты в таблицы.

А_к=1,1* 5500*0,015=90,75 (Эрл)

Таблица 2 Суммарная нагрузка от терминалов в сайте 1 (TGW-1)

Тип источника нагрузки	Емкость	Удельная местная нагрузка Эрл	Суммарная местная нагрузка Эрл	Удельная междугородняя нагрузка Эрл	Суммарная междугородняя нагрузка Эрл
	%	Абонент
ТАкв	55	5500	0,015	90,75	0,0015	9,075
ТАнх	25	2500	0,065	178,75	0,0065	17,875
Факс	3	300	0,18	59,4	0,018	5,94
Модем	14	1400	0,24	369,6	-	-
УПАТС	3	300	0,27	89,1	0,027	8,91
Итого	10000		787,6		41,8

Таблица 3 Суммарная нагрузка от терминалов в сайте 2 (TGW-2)

Тип источника нагрузки	Емкость	Удельная местная нагрузка Эрл	Суммарная местная нагрузка Эрл	Удельная междугородняя нагрузка Эрл	Суммарная междугородняя нагрузка Эрл
	%	Абонент
ТАкв	55	5225	0,015	86,21	0,0015	8,621
ТАнх	25	2375	0,065	169,81	0,0065	16,98
Факс	3	285	0,18	56,43	0,018	5,643
Модем	14	1330	0,24	351,12	-	-
УПАТС	3	285	0,27	84,645	0,027	8,46
Итого	9500		748,21		39,704

Таблица 4 Суммарная нагрузка от терминалов в сайте 3 (AGW-1)

Тип источника нагрузки	Емкость	Удельная местная нагрузка Эрл	Суммарная местная нагрузка Эрл	Удельная междугородняя нагрузка Эрл	Суммарная междугородняя нагрузка Эрл
	%	Абонент
ТАкв	55	935	0,015	15,42	0,0015	1,542
ТАнх	25	425	0,065	30,38	0,0065	3,038
Факс	3	51	0,18	10,098	0,018	1,009
Модем	14	238	0,24	62,832	-	-
УПАТС	3	51	0,27	15,147	0,027	1,514
Итого	1700		133,87		7,103

Таблица 5 Суммарная нагрузка от терминалов в сайте 4 (AGW-2)

Тип источника нагрузки	Емкость	Удельная местная нагрузка Эрл	Суммарная местная нагрузка Эрл	Удельная междугородняя нагрузка Эрл	Суммарная междугородняя нагрузка Эрл
	%	Абонент
ТАкв	55	847	0,015	13,97	0,0015	1,397
ТАнх	25	385	0,065	27,52	0,0065	2,752
Факс	3	45	0,18	8,91	0,018	0,891
Модем	14	215	0,24	56,76	-	-
УПАТС	3	48	0,27	14,256	0,027	1,425
Итого	1540		121,416		6,465

В сайтах 5 и 6 (SIP-сайты), SIP-терминал может быть многофункциональным, то есть абонент с помощью такого терминала может создавать нагрузку не только речевую, но и принимать или передавать факсы, видео. Однако, различные виды создаваемой нагрузки обслуживаются в мультисервисной пакетной сети по-разному. Для них создаются отдельные виртуальные подсети, определяются разные классы обслуживания, назначаются различные приоритеты.

В данном проекте мы будем рассматривать виртуальную подсеть для пропуска речевой нагрузки от SIP-терминалов, полагая, что их количество равномерно распределено между абонентами квартирного и народно-хозяйственного секторов (по 50% от общей емкости сайта).

Таблица 6 Суммарная нагрузка от терминалов в сайте 5 (SIP-1)

Тип источника нагрузки	Емкость	Удельная местная нагрузка Эрл	Суммарная местная нагрузка Эрл	Удельная междугородняя нагрузка Эрл	Суммарная междугородняя нагрузка Эрл
	%	Абонент
ТАкв	50	810	0,13	115,83	0,013	11,583
ТАнх	50	810	0,27	240,57	0,027	24,057
Итого	1620		356,40		35,640

Таблица 7 Суммарная нагрузка от терминалов в сайте 1 (SIP-2)

Тип источника нагрузки	Емкость	Удельная местная нагрузка Эрл	Суммарная местная нагрузка Эрл	Удельная междугородняя нагрузка Эрл	Суммарная междугородняя нагрузка Эрл
	%	Абонент
ТАкв	50	640	0,13	91,52	0,013	9,153
ТАнх	50	640	0,27	190,08	0,027	19,008
Итого	1280		281,6		28,16

В проектируемой сети от различных типов терминалов возникает суммарная местная нагрузка:

, (7)

5.4 Распределение нагрузки по направлениям

Местную суммарную возникающую нагрузку необходимо распределить по направлениям связи. При распределении нагрузки следует учитывать:

· выделенные направления к центру обработки вызовов (ЦОВ), выполняющие так же функции узла спецслужб (УСС),

· выделенные направления к Интернет-провайдерам (ISP)

· в каждом из этих направлений впоследствии создаются виртуальные подсети в рамках единой мультисервисной сети оператора, следовательно, необходимо отдельно учитывать нагрузку каждого типа, так как в дальнейшем требуется расчет пропускной способности в каждом из направлений

· оставшуюся нагрузку необходимо разделить на нагрузку, замыкающуюся внутри каждого сайта и нагрузку между сайтами

Рассчитаем нагрузку на выходе коммутационных полей (КП) в рассматриваемых сайтах:

, (8)

где - коэффициент, учитывающий снижение нагрузки на выходе коммутационного поля (КП) за счет слушания абонентом сигналов «Ответ станции» и длительности набора номера (НН). В данном проекте полагаем .

Далее считаем по аналогии.

Подставим данные и сведем полученные результаты в Таблицу 8

Таблица 8 Нагрузка на выходе коммутационных полей

Наименование сайта	Возникающая в сайте нагрузка , Эрл	Нагрузка на выходе КП , Эрл
TGW-1	787,6	708,84
TGW-2	748,21	673,389
AGW-1	133,87	120,483
AGW-2	121,41	109,269
SIP-1	356,4	320,76
SIP-2	281,6	253,44
Итого	2429,103	2186,192

Распределим возникающую исходящую нагрузку в каждом сайте, по следующим направлениям:

Нагрузка к ЦОВ () составляет 3…7% от . Полагаем, что к ЦОВ распределяется 5% от местной нагрузки, возникающей в каждом сайте, тогда нагрузка к ЦОВ определяется:

,(9)

Исходящая нагрузка от сайта 1 (TGW-1) к ЦОВ:

;

Исходящая нагрузка от сайта 2 (TGW-2) к ЦОВ:

Исходящая нагрузка от сайта 3 (AGW-1) к ЦОВ:

Исходящая нагрузка от сайта 4 (AGW-2) к ЦОВ:

Исходящая нагрузка от сайтов 5 (SIP-1) к ЦОВ:

Исходящая нагрузка от сайта 6 (SIP-2) к ЦОВ:

Нагрузка к модемному пулу ISP (A_ISP)

При расчете этой нагрузки, учитываем, что в направлении ISP, необходимо учитывать только нагрузку, возникающую в сайтах TGW-AGW от терминалов типа «Модем» или «Устройство передачи данных - УПД». Так как выход на направление ISP от модема осуществляется по стандартным телефонным процедурам (dial-up), то при расчете этой нагрузки учитываем также снижение нагрузки на выходе КП за счет слушания сигналов ОС и НН:

, (10)

Где A_ISPk - нагрузка к модемному пулу, К_кп - коэффициент, учитывающий снижение нагрузки на выходе коммутационного поля.

Исходящая нагрузка от сайта 1 (TGW-1) к ISP:

Исходящая нагрузка от сайта 2 (TGW-2) к ISP:

Исходящая нагрузка от сайта 3 (AGW-1) к ISP:

Исходящая нагрузка от сайта 4 (AGW-2) к ISP:

Нагрузку к узлу ISP от сайтов SIP в данном проекте не учитываем.

Нагрузка, замыкаемая внутри сетевого узла (внутристанционная):

Для расчета внутристанционной нагрузки определим весовые коэффициенты, учитывающие тяготение нагрузки (интенсивность исходящей местной абонентской нагрузки данного сайта в процентах от общей интенсивности возникающей местной абонентской нагрузки сети):

(11)

Определяем долю внутристанционной нагрузки (процент интенсивности внутристанционной нагрузки от интенсивности возникающей нагрузки сайта) и вычислим нагрузку.

 (12)

Эрл.

Далее считаем по аналогии.

Подставим данные и сведем полученные результаты в Таблицу 9

Таблица 9 Внутристанционная нагрузка

Наименование сайта	Весовые коэффициенты Wk, %	Доля внутристанционной нагрузки KВНk, %	Внутристанционная нагрузка AВНk, Эрл
TGW-1	32,4	46,0	156,748
TGW-2	30,8	46,0	148,91
AGW-1	5,5	20,7	11,98
AGW-2	4,9	20,4	10,75
SIP-1	14,6	33,3	101,47
SIP-2	11,5	28,3	68,13

Межстанционная нагрузка между сайтами:

Распределим оставшуюся нагрузку между сайтами, пропорционально коэффициентам тяготения. Оставшаяся нагрузка распределяется между сайтами пропорционально абонентской емкости сайта:

,(13)

где - число абонентов сайта j, за исключением абонентов, владеющих терминалами типа «модем», так как на такие терминалы отсутствует входящая нагрузка

- общее число абонентов,

Подставим данные и сведем полученные результаты в Таблицу 10

Далее решаем по аналогии.

Таблица 10

№	Наимен. сайта	TGW-1	TGW-2	AGW-1	AGW-2	SIP-1	SIP-2	ISP	AMTS	ЦОВ
1	TGW-1	71,76	68,17	12,14	11,04	11,59	9,01	332,64	41,8	35,442
2	TGW-2	68,17	64,68	11,53	10,48	11,01	8,56	316,01	39,704	33,66
3	AGW-1	17,91	16,994	3,031	2,75	2,89	2,25	56,548	7,103	6,024
4	AGW-2	16,37	15,532	2,77	2,51	2,64	2,056	51,08	6,465	5,46
5	SIP-1	79,26	75,203	13,41	12,19	12,8	9,95	-	35,64	16,038
6	SIP-2	67,32	63,876	11,39	10,35	10,87	8,45	-	28,16	12,672

6. Расчет числа соединительных линий

При расчете числа СЛ необходимо задать качество обслуживания вызовов, которое будет определяться значением допустимых потерь:

· При связи абонентов SIP-сайтов, TGW-сайтов и AGW-сайтов между собой,

· При связи абонентов SIP-сайтов, TGW-сайтов и AGW-сайтов с ЦОВ,

· При связи абонентов SIP-сайтов, TGW-сайтов и AGW-сайтов с АМТС,

· При связи абонентов dial-up TGW-сайтов и AGW-сайтов с ISP,

Так как в проектируемой сети используются цифровые сетевые узлы (ЦАТС и шлюзы) с полнодоступными схемами коммутационных полей, то число СЛ определяется по первой формуле Эрланга.

Результаты определения числа соединительных линий сводим в Таблицу 11

Таблица 11

№	Наимен. сайта	TGW-1	TGW-2	AGW-1	AGW-2	SIP-1	SIP-2	ISP	AMTS	ЦОВ
1	TGW-1	-	87	22	20	21	18	379	62	54
2	TGW-2	87	-	21	20	20	17	361	59	52
3	AGW-1	29	28	-	9	9	8	79	17	15
4	AGW-2	27	26	9	-	8	7	73	16	15
5	SIP-1	99	94	23	22	-	19	-	54	30
6	SIP-2	86	82	21	20	20	-	-	45	25

7. Выбор оборудования

Маршрутизатор

Модель: Cisco 3845

Конфигурация: Маршрутизатор Cisco 3845создан на базе хорошо известного семейства Cisco 3700 и создает все возможности для безопасной передачи данных, голосовой и видео- информации. В линейке модель сisco 3845 является наиболее мощной (3845 Security Bundle, Adv Security, 128F/512D).

Особенности: Cisco 3845 оборудуется 2 слотами Gigabit Ethernet (10/100/1000) (поддержка витой пары и оптики), имеет в своем распоряжении 4 слота для Network-модулей и отличается от младшей модели вдвое большей скоростью передачи пакетов и избыточным питанием. Стоит отметить высокую производительность маршрутизатора сisco 3845, способного обеспечивать одномоментную поддержку безопасности и голосовые функции. сisco 3845 поддерживает до 2500 VPN-туннелей, PoE - опционально. Версии ПО IOS Cisco 3845 включают: FireWall, Network Admission Control, IP Services, Content Security, встроенную антивирусную проверку. Коммуникационные возможности Cisco 3845 включают голосовую почту, программную АТС (до 240 IP телефонов), аналоговые и цифровые голосовые каналы. Cisco 3845 совместима со следующими модулями: WIC/VIC/VWIC, NM и AIM

Технические характеристики:

· Параметры питания: * AC: 100 - 240 В, 47 - 63 Гц, 4 - 2 А, * DC: 24 - 60 В, 18 - 7 А

· Флеш-память: * По умолчанию: 128 МБ, * Максимум: 512 МБ

· Оперативная память: * По умолчанию: 512 МБ, * Максимум: 1 ГБ

· WAN/LAN-интерфейсы: 2 x 10/100/1000 Gigabit Ethernet

· Слоты расширения: * 4 x NM, NME, или NME-X, * 2 x NMD/NME-XD, * 2 x EVM-HD, * 4 x HWIC (поддержка 802.11b/g or 802.11a/b/g), * 1 x SFP, * 2 x AIM, * 4 x PVDM

· Производительность: 500000 пакетов/с

· Advanced Security

Коммутатор CISCO / WS-C3750/3750E/3750ME .

Конфигурация: 24 10/100/1000BaseTX, 4 1000BaseX(SFP), Standard Multilayer Software Image (SMI)

Дополнительная информация:

Стекируемые многоуровневые коммутаторы серии Cisco Catalyst 3750 могут быть использованы не только в качестве ядра сетей средних размеров, но и на уровне доступа в крупных сетях. Это семейство открывает новое поколение коммутаторов уровня доступа крупных локальных сетей предприятий и организаций. Cisco 3750 Series Switches могут применяться в локальных сетях удаленных офисов и небольших компаний, как в составе стека, так и в качестве отдельных устройств. Многие модели устройств, представленных в данном семействе, позволяют использовать эти коммутаторы на различных участках локальных сетей: от уровня доступа и узлов агрегирования трафика до магистральными соединениями сетей компаний среднего масштаба.

Таблица 12 IP телефон Cisco 7940G

Основные характеристики IP телефона Cisco 7940G
Экран	Большой графический
Громкоговоритель	Дуплексный
Поддержка головного телефона	да
Наличие встроенного Ethernet коммутатора	да
Тип портов Ethernet	10/100BASE-T
Количество поддерживаемых линий (вызовов)	2 (4)
Поддерживаемые кодеки	G.711, G.729a
Поддержка сетевых приложений и языка XML	да
Поддерживаемые протоколы	SCCP, H323, SIP, MGCP
Технические характеристики
Размеры	20,32 x 26,67 x 15,24 см
Вес	1,6 кг

телефония аудиокодек связь

Заключение

При выполнении данной работы мною были получены знания по архитектуре NGN, а также такие понятия как протоколы H.323 и SIP. Сделаны расчеты коэффициента избыточности, возникающей местной нагрузки и распределение нагрузки по направлениям, была построена сеть на базе IP телефонии, кроме того, также в процессе выполнения данной курсовой работы я ознакомился с такими понятиями как Softswitch, его протоколами и интерфейсами, а также адресацией IP телефонии. Перспективные разработки в области IP-коммуникаций связаны с созданием комплексных решений, позволяющих при развитии сетей следующего поколения сохранять существующие подключения и обеспечить бесперебойную работу в любой сети телефонного доступа: на инфраструктуре медных пар, по оптическим каналам

Надо признать, что за такое короткое время Интернет-телефония достигла замечательных успехов. Среди них основными стали усовершенствование алгоритмов кодирования речи и изобретение шлюзов, с помощью которых стало возможно вести переговоры не только посредством персональных компьютеров, но и по обычному телефону.

Но наивно думать, что традиционная телефония будет стоять на месте, и ждать своей смерти. Она наверняка вберет в себя все лучшие изобретения в области IP-телефонии. Речевые потоки между современными АТС и так уже передаются в оцифрованном виде. Ничто не мешает дополнительно ввести функцию компрессии оцифрованной речи (снизив требуемую полосу пропускания для одного речевого потока с 64 до, скажем, 1З Кбит/с обеспечивающих высокое качество передачи речи) и связать АТС между собой, не выделенными линиями связи, а виртуальными каналами через сеть АТМ. Это позволит снизить тарифы на дальнюю связь и сделать их не менее привлекательными, чем тарифы операторов IP-телефонии.

Таким образом, пока далеко не очевидно, что окажется выгоднее строить новые шлюзы IP-телефонии или модернизировать существующую инфраструктуру дальней связи.

Итак, подводя итог всему вышесказанному, необходимо отметить, что IP-телефония является одной из технологий такого процесса, как конвергенция, т.е. процесса интеграции информационных и коммуникационных технологий.

IP-телефония - технология, позволяющая использовать Internet или другую IP-сеть в качестве средства организации и ведения международных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. Использует Internet-протокол для организации двусторонней голосовой связи. IP-телефония предусматривает соединения между телефонами пользователей при наличии соответствующих шлюзов с телефонной сетью, а также IP терминалами или IP терминалом и ТФОП.

Internet - международное объединение сетей, в котором пользователи ПК, при наличии прав доступа, могут получать информацию с любого другого компьютера в сети.

При разговоре, наши голосовые сигналы (слова, которые мы произносим) преобразуются в сжатые пакеты данных. После эти пакеты данных посылаются через Internet другой стороне. Когда пакеты данных достигают адресата, они декодируются в голосовые сигналы оригинала.

Internet-телефония - частный случай IP-телефонии, когда в качестве линий передачи телефонного трафика используются каналы сети Internet.

В отличие от обычного телефонного звонка (подключение между обоими собеседниками устанавливается через телефонную станцию исключительно с целью разговора; голосовые сигналы передаются по определённым телефонным линиям, через выделенное подключение), при запросе по Internet, сжатые пакеты данных поступают в Internet с адресом назначения. Каждый пакет данных проходит собственный путь до адресата по различным маршрутам. Для адресата пакеты данных перегруппировываются и декодируются в голосовые сигналы оригинала.

Так как Internet-телефония частный случай IP-телефонии, здесь в качестве линий передачи используются обычные каналы Internet. В чистом виде IP-телефония, в качестве линий передачи телефонного трафика использует выделенные цифровые каналы.

В то время как, обычные телефонные звонки требуют разветвлённой сети связи телефонных станций, связанных закреплёнными телефонными линиями, подвода волоконно-оптических кабелей и спутников связи. Высокие затраты телефонных компаний приводят для нас к дорогим междугородним разговорам. Выделенное подключение телефонной станции также имеет много избыточной производительности или времени простоя в течение речевого сеанса.

А Internet-телефония частично основывается на существующей сети закре...