Проект телефонных услуг на базе мультисервисной транспортной сети

2.3.1 Расчет сигнальной нагрузки к SIP-серверу (протокол SIP)

При заданной удельной речевой нагрузке от одного SIP-терминала величиной , от него поступает в среднем (формула 2.11)

	(2.11)
где		-	удельная речевая нагрузка, поступающая от SIP терминала, Эрл
		-	число абонентов сайта SIP-2
		-	время разговора для местных вызовов,

Рассчитаем число вызовов, поступивших от терминалов сайта SIP-2 в ЧНН, по формуле 2.12.

	(2.12)

От SIP-терминалов сайта SIP-2 в ЧНН поступит:

Для обслуживания каждого вызова будем считать, что требуется передать 18 сообщений, каждое длительностью 4096 бит (512 байт), следовательно:

Рассчитаем пропускную способность для сигнальной нагрузки по формуле 2.13.

	(2.13)

Данная пропускная способность рассчитана при допущении равномерного и детерминированного поступления вызовов в течение часа. В этих условиях, рассчитанную пропускную способность можно считать средней пропускной способностью.

Реальная сигнальная нагрузка представляет собой случайный процесс. При отсутствии достаточной статистики по протоколу SIP, будем считать, что от смены аналогового терминала на SIP-терминал поведение речевых абонентов не изменится, следовательно, характеристики распределения вызовов от аналоговых абонентов и от SIP-терминалов идентичны. Идентичны также характеристики сигнального трафика, создаваемого протоколом ISUP и протоколом SIP. По характеристикам сигнальной нагрузки от протокола ISUP известно, что пачечность (неравномерность) скорости поступления сообщений ISUP лежит в пределах Кпач=2…3. Примем, что Кпач=2,5.

Рассчитаем пиковую скорость, при передаче ISUP или SIP сообщений по формуле 2.14.

	(2.14)
где		-	пропускная способность для сигнальной нагрузки, бит/c

2.3.2 Расчет пропускной способности сетевых интерфейсов для сигнальной нагрузки

Для обеспечения скорости передачи сигнальной информации , необходимо предусмотреть пропускную способность , которая рассчитывается по формуле 2.15.

	(2.15)

Для обеспечения такой скорости передачи сигнальной информации, необходимо предусмотреть пропускную способность , которая рассчитывается по формуле 2.16 и равна:

	(2.16)

Так как SIP сообщения переносятся в единой мультисервисной сети вместе с речевыми и другими пакетами, то для гарантирования качества каждому виду трафика, необходимо в этой сети создать отдельные виртуальные подсети со своими параметрами (пропускной способностью, классом качества, уровнем приоритета).

В частности, согласно рекомендации ”Базовые основы QoS”, сигнальная информация принадлежит классу AF31, где AF - гарантированная доставка (Assured Forwarding, AFxy) - гарантирует минимальную полосу пропускания и буферной памяти, 3 - класс (от 1 до 4), 1- минимальная вероятность сброса.

В данном случае, для гарантии пропуска сигнальной нагрузки от SIP-терминалов сайта SIP-2 в направлении SIP-Proxy, необходимо в Ethernet интерфейсе создать следующие условия:

- Пиковая пропускная способность

- Класс качества в магистральной сети - AF31/PHB

- Уровень приоритета - 3 (011) по полю ToS_IP-Pr или 01100000

2.4 Расчет пропускной способности для речевой нагрузки в точках концентрации трафика

В данном проекте выбор определен в задании (два типа кодеков - G.711 и G.729).

2.4.1.Расчет коэффициента избыточности

При формировании и передаче речевых пакетов, возникает избыточность, вызванная добавлением к речевым кадрам протокольных заголовков. Это приводит к тому, что пропускная способность, которую надо выделять на уровне сетевого интерфейса, может значительно превосходить скорость работы выбранного аудиокодека.

Рисунок 2.2 - Ступени добавления избыточной информации в процессе формирования речевого IP-пакета

Рассчитаем коэффициенты избыточности пакетного речевого трафика от различных шлюзов и SIP-терминалов.

Длина отрезка речи из n речевых кадров, вкладываемых в одну IP-дейтаграмму, рассчитывается по формуле 2.17.

	(2.17)
где		-	Количество речевых кадров в одном IP-пакете

Общая длина IP-дейтаграммы, рассчитывается по формуле 2.18.

	(2.18)

Доля полезной (речевой) информации в IP-дейтаграмме, рассчитывается по формуле 2.19.

	(2.19)

Доля служебной (протокольной) информации в IP-дейтаграмме, рассчитывается по формуле 2.20.

	(2.20)

Для кодека G.711

Для кодека G.729

2.4.2 Определение расчетной нагрузки для речевой услуги

Для расчета числа соединительных линий используется понятие «расчетное значение нагрузки», которое учитывает колебания нагрузки в ЧНН. Закон распределения нагрузки по отдельным ЧНН хорошо описывается нормальным распределением. Если потребовать заданного качества обслуживания, то расчет пропускной способности следует выполнять не по среднему значению, а по расчетной интенсивности нагрузки, по формуле 2.21.

	(2.21)

Учитывая, что для пуассоновской нагрузки (формула 2.22).

	(2.22)

получим выражение для расчетной интенсивности нагрузки (формула 2.23).

	(2.23)

Значение аргумента функции Лапласа (коэффициента доверия) определяется исходя из принятой доверительной вероятности.

Если значение доверительной вероятности принять равной 0,75, то . Таким образом, формула расчетной нагрузки имеет следующий вид (формула 2.24).

	(2.24)

Расчет производим по всем направлениям:

Таблица 2.6 - Расчетная нагрузка между сайтами для речевой услуги

№ сайта	Вх.	AGW-1	AGW-2	SIP-2	ISP	АМТС	ЦОВ
	Исх.
1	AGW-1					137,63
2	AGW-2					21,75
3	SIP-2					38,73

2.4.3. Расчет пропускной способности сетевых интерфейсов для речевой нагрузки

1. Для участков сети с традиционной TDM телефонией

Для участков сети с традиционной телефонией (TDM-КК) - пропускная способность определяется числом соединительных линий (СЛ) соответствующего интерфейса в точке концентрации - .

При расчете числа СЛ необходимо задать качество обслуживания вызовов, которое в данном КП будем определять значением допустимых потерь.

Зададим следующие значения потерь:

- При связи абонентов SIP-сайтов, TGW-сайтов и AGW-сайтов между собой - Р = 0,005

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

ЦОВ - Р_цов = 0,001

- При связи абонентов SIP-сайтов, TGW-сайтов и AGW-сайтов с АМТС - Р_АМТС = 0,001

Таблица 2.7 - Количество СЛ в точках концентрации

№ сайта	Вх.	AGW-1	AGW-2	SIP-2	ISP	АМТС	ЦОВ
	Исх.
1	AGW-1					170	87
2	AGW-2					37	18
3	SIP-2		45			58

2. Для участков сети с пакетными интерфейсами (IP-телефония)

Для участков с пакетной телефонией - пропускная способность вначале также определяется числом соединительных линий соответствующего интерфейса в точке концентрации - .

Однако под соединительной линией здесь понимается виртуальный цифровой канал, пропускная способность (, кбит/с) которого зависит от:

- от типа используемого аудиокодека:

- от используемого алгоритма обнаружения речевых пауз (VAD);

- от коэффициента избыточности/эффективности стека протоколов G.xxx/

RTP/UDP/IP/Ethernet, который, в свою очередь зависит от числа речевых кадров, помещаемых в IP.

Таким образом, требуемая пропускная способность сетевого интерфейса для одной СЛ (одного виртуального цифрового канала), определяется по формуле 2.25.

	(2.25)

С учетом рассчитанного , определим требуемую пропускную способность, выделяемую в сетевом интерфейсе для одной СЛ (одного виртуального цифрового канала):

- при использовании аудиокодека G.711:

- при использовании аудиокодека G.729:

Для определения требуемой пропускной способности сетевого интерфейса для , рассчитанное число соединительных линий () пересчитывается в пропускную способность соответствующего интерфейса (Мбит/с), с учетом класса обслуживания.

Для предоставления речевых услуг, в пакетной транспортной сети могут использоваться два класса обслуживания:

1. Не хуже чем в ТфОП.

При этом обычно используется более качественный аудиокодек G.711. Для такого класса обслуживания на время сеанса выделяется постоянная полоса пропускания.

В этом случае и пропускная способность, которую надо выделить в сетевом интерфейс для определяется по формуле 2.26.

	(2.26)

Результаты расчета по формуле сведем в таблицу 2.8

Таблица 2.8 - Пропускная способность, которую надо выделить в сетевом интерфейсе (аудиокодек G.711)

№ сайта	Вх.	AGW-1 (кбит/с)	AGW-2 (кбит/с)	SIP-2 (кбит/с)	ISP	АМТС (кбит/с)	ЦОВ (кбит/с)
	Исх.
1	AGW-1					12102,3
2	AGW-2					2634,03
3	SIP-2		3203.55			4129,02

Такой класс обслуживания характеризуется высоким качеством, однако, эффективность использования выделенной пропускной способности низкая.

2. Класс обслуживания с учетом неравномерности (пачечности) речевого трафика, возникающей за счет использования детектора обслуживания речи.

Такими детекторами оснащаются все современные аудиокодеки, в которых используется сжатие речевой информации с использованием алгоритмов кодирования формы сигнала (аудиокодек с предсказанием речи - G.729). Коэффициент пачечности, измеряемый отношением пиковой скорости передачи к средней скорости передачи, может достигать значений:

Использование такого класса обслуживания несколько снижает качество передачи речи, однако при этом достигается более эффективное использование выделенной пропускной способности за счет использования эффекта статистического мультиплексирования в сетевом пакетном узле (шлюзе или коммутаторе).

В этом случае и пропускная способность, которую надо выделить в сетевом интерфейсе для , гибко разделяется между несколькими абонентами с учетом , рассчитывается по формуле 2.27 (.

	(2.27)

Результаты расчета по формуле сведем в таблицу 2.9

Таблица 2.9 - Пропускная способность, которую надо выделить в сетевом интерфейсе (аудиокодек G.729)

№ сайта	Вх.	AGW-1 (кбит/с)	AGW-2 (кбит/с)	SIP-2 (кбит/с)	ISP	АМТС (кбит/с)	ЦОВ (кбит/с)
	Исх.
1	AGW-1					7702,36
2	AGW-2					1676,4
3	SIP-2		2038,86			2627,87

Расчёт пропускной способности пакетных интерфейсов в точках концентрации рассчитывается по формуле 2.28.

	(2.28)
где		-	структурный состав от емкости сайта (аудиокодек G.711)
		-	структурный состав от емкости сайта (аудиокодек G.729)

Число рассчитанных СЛ переводится в число трактов Е1 (для участков с TDM-телефонией - АТС-TGW, АМТС-TGW, PBX_ЦОВ-MGW) или в Мбит/с для участков с пакетной телефонией.

Определим число трактов Е1по формуле 2.29.

	(2.29)
где		-	число соединительных линий

Результаты расчетов по формуле сведем в таблицу 2.10

Таблица 2.10 - Пропускная способность пакетных интерфейсов в точке концентрации

№ сайта	Вх.	AGW-1 (кбит/с)	AGW-2 (кбит/с)	SIP-2 (кбит/с)	ISP	АМТС (кбит/с)	ЦОВ (кбит/с)
	Исх.
1	AGW-1		7610,48	7610,48		360E1	184E1
2	AGW-2	7610,48		2527,92		79E1	39E1
3	SIP-2	18964,19	2854,14			3678,66	2093,04

телефония пропускная способность

3. Графическая часть

3.1 Задание 2. (Графическое)

Отобразить профили (стеки) протоколов в плоскости С и U от терминала до терминала, согласно схемы, приведенной на рисунке в задании. Описать назначение элементов данной схемы, а также назначение протоколов и интерфейсов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.1 - Профили (стеки) протоколов плоскости С



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.2 - Профили (стеки) протоколов в плоскости U

SIP-тлф. - предназначен для взаимодействия с традиционными телефонными сетями, использующими сигнализацию ОКС 7;

SW - сетевой коммутатор, устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. Коммутатор работает только на канальном уровне OSI;

R - сетевое устройство, на основании информации о топологии о сети и определенных правил, принимающий решение о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети;

SG - шлюз сигнализации, обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП к устройству управления шлюзом и перенос сигнальной информации в обратном направлении;

MGC - контроллер шлюзов осуществляет управление деятельности шлюзов в предположении, что шлюзы фиксируют события и докладывают о них;

Proxy Server - прокси-сервер, представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их, и в зависимости от типа адресов выполняет определенные действия;

GW - шлюз. Аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий обмен данными между сетями разных типов.

IP - Internet Protocol - межсетевой протокол. Относится к маршрутизируемым протоколам сетевого уровня семейства TCP/IP. Протокол IP используется для негарантированной доставки данных, разделяемых на так называемые пакеты от одного узла сети к другому;

UDP (англ.User Datagram Protocol -- протокол пользовательских дейтаграмм) - это транспортный протокол для передачи данных в сетях IP без установления соединения. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня модели OSI;

Протокол RTP (англ.Real-time Transport Protocol) работает на транспортном уровне и используется при передаче трафика реального времени. Протокол RTP переносит в своём заголовке данные, необходимые для восстановления голоса или видеоизображения в приёмном узле, а также данные о типе кодирования информации (JPEG, MPEG и. т. п.);

SIP (англ. Session Initiation Protocol- протокол установления сеанса) - протокол передачи данных, который описывает способ установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым (видео- и аудиоконференция, мгновенные сообщения, онлайн-игры). В модели взаимодействия открытых систем SIP является сетевым протоколом прикладного уровня;

Ethernet - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде-- на канальном уровне модели OSI;

Fast Ethernet (100BASE-T) - набор стандартов передачи данных в компьютерных сетях, со скоростью до 100 Мбит/с;

Gigabit Ethernet - стандарт объединения компьютеров в вычислительную сеть со скоростью передачи данных 1 Гбит/с.

3.3 Задание 3. (Графическое)

Изобразить в виде диаграммы основные процедуры реализации услуг IP- телефонии для Вашего варианта сети изображенной на рисунке в задании. (Привести порядок обмена сообщениями).

Заключение

Переход к пакетным технологиям при модернизации и построении новых сетей связи общего пользования (ССОП) стал настоятельно необходим. Традиционные операторы связи приступили к перестройке своих сетей с ориентацией на пакетную коммутацию и приданием им свойств мультисервисности.

В настоящее время проблема перехода от традиционных сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов (NGN) является одной из наиболее актуальных для операторов связи. 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, на беспроводной (WiMAX, WiFi) и проводной (ETTH, PLC и. т.д.) сети. Согласно концепции «неразрушающего» перехода к NGN, подобные решения должны позволять точечно переводить отдельные сегменты на новые технологии без кардинальной смены всей структуры сети. В частности, решения для «неразрушающего» перехода к NGN должны отвечать следующим требованиям:

- интеграция в существующую сеть оператора, поддержка не только новой транспортной технологии, но и привычной модели управления;

полностью модульная архитектура с возможностями географического распределения и резервирования;

- возможность гибкого увеличения производительности путем приобретения лицензий и добавления в систему серверов;

- возможность внедрения новых видов услуг в минимальные сроки;

- соответствие требованиям законодательства об архитектуре сети.

Операторы заинтересованы в построении такой сети связи, которая бы поддерживала непрерывный контроль процессов обработки вызовов клиента и предоставления услуг по одним и тем же правилам, гарантирующим запрошенный уровень качества обслуживания, независимо от способов транспортировки данных и видов используемого оборудования.

Список литературы

1. И.Г. Бакланов, NGN: принципы построения и организации /под. ред. Ю. Чернышова. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 400 с.

2. В.И. Битнер, Ц.Ц. Михайлова, Сети нового поколения - NGN. Учебное пособие для вузов. - М.:Горячаяя линия - Телеком, 2011. - 226 с.

3. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер, Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2002. - 672 с.

4. Ю.В. Семенов, Проектирование сетей связи следующего поколения. - Спб.: Наука и Техника, 2005 г. - 240 с.

Размещено на Allbest.ru