Содержание к диссертации
Введение
1 Обоснование целей, задач и методов исследований 13
1.1 Анализ архитектуры и особенностей локальных беспроводных защищенных сетей и основных требований к ним 13
1.2 Анализ существующих методов анализа и управления трафиком в локальной вычислительной сети 23
1.3 Анализ существующих решений излучающих и экранирующих систем для обеспечения радиодоступа в компактных и протяженных помещениях. Выбор методов и программных средств их анализа 36
1.4 Выводы по разделу 44
2 Исследование вопросов подачи сигналов и управления трафиком 50
2.1 Исследование вероятностно-временных характеристик трафика беспроводной защищенной сети 50
2.2 Исследование способов управления трафиком 60
2.3 Исследование возможностей одновременной передачи аналоговых и цифровых сигналов при использовании технологии RoF 69
2.4 Выводы по разделу 89
3 Разработка и исследование излучающих и излучающе экранирующих систем, обеспечивающих минимизацию уровней излучения за пределы зоны обслуживания 91
3.1 Разработка комбинированной электродинамической модели и методики проектирования излучающе - экранирующих систем, обеспечивающих минимизацию уровней излучения за пределы зоны размещения 91
3.2 Исследование излучающе-экранирующих систем для беспроводных защищенных сетей на основе сосредоточенных излучателей 96
3.3 Исследование излучающе-экранирующих систем для беспроводных защищенных сетей на основе распределенных излучателей 105
3.4 Исследование и разработка излучающих систем на основе антенн со специальными формами характеристик направленности 115
3.5 Выводы по разделу 125
4 Экспериментальные исследования макетов оборудования беспроводной защищенной связи 127
4.1 Экспериментальное исследование макетов излучателей для беспроводных защищенных сетей 127
4.2 Экспериментальное исследование макета фрагмента беспроводной защищенной сети 133
4.3 Выводы по разделу 148
Заключение 150
Список литературы 159
- Анализ существующих методов анализа и управления трафиком в локальной вычислительной сети
- Исследование способов управления трафиком
- Исследование излучающе-экранирующих систем для беспроводных защищенных сетей на основе распределенных излучателей
- Экспериментальное исследование макета фрагмента беспроводной защищенной сети
Анализ существующих методов анализа и управления трафиком в локальной вычислительной сети
На сегодняшний день продолжается интенсивное развитие вычислительных сетей. По причине развития высокоскоростных территориальных каналов связи, поддерживающих высокое качество передачи информации, в настоящее время сокращается разрыв между глобальными и локальными сетями. Так, в глобальных сетях появляются средства и сервисы доступа к ресурсам, сопоставимые по удобству и доступности со службами локальных сетей. Наиболее наглядным примером чего является самая востребованная глобальная сеть – Интернет.
При этом локальные сети также претерпевают изменения. В первую очередь изменения коснулись способов организации структуры таких сетей с помощью различного коммуникационного оборудования – шлюзов, неуправляемых, управляемых и настраиваемых коммутаторов, а также маршрутизаторов работающих на разных уровнях. Благодаря чему появилась возможность построения структурно сложных распределенных корпоративных сетей, в состав которых входят тысячи компьютеров.
Также характерной тенденцией в изменении современных как локальных, так и глобальных сетей является увеличение доли мультимедийной информаций – голоса, видеоизображений, графических данных, несвойственной ранее вычислительным сетям, что повлекло за собой необходимость внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Основная проблема при передаче и обработке такой мультимедийной информации по сети заключается в искажении такой информации в конечных узлах сети, обусловленной ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных. Традиционный же трафик вычислительных сетей – трафик данных, является малочувствительным к задержкам, при этом все элементы сетей разрабатывались в расчете на него. Таким образом, появление трафика реального времени привело к значительным сложностям при его передаче и необходимости разработки новых алгоритмов, протоколов и методов его обработки.
Характерным свойством трафика реального времени является необходимость соблюдения жестких требований к синхронности передаваемых данных. Так как звуковые колебания или изменения интенсивности света в видеоизображении являются непрерывными процессами, то для качественного воспроизведения на приемной стороне необходимо получение амплитуд сигналов с той же частотой, с которой они были образованы на передающей стороне. Невыполнение этого условия приведет к искажениям информации.
При этом трафик данных не столь чувствителен к синхронности доставки этих сообщений, однако характеризуется крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений в сеть. Все алгоритмы вычислительных сетей, а, следовательно, протоколы и коммуникационное оборудование были рассчитаны именно на такой "пульсирующий" характер трафика. Таким образом, передача в одной сети традиционного трафика данных и мультимедийного трафика представляет собой определенную сложность. В первую очередь это связано с противоположными требованиями к качеству обслуживания. На сегодняшний день существует большое количество работ, посвященных разработке новых методов обеспечения требуемого качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Методы QoS призваны минимизировать уровень задержек для чувствительного к ним трафика, например, голосового, и одновременно гарантировать среднюю скорость и динамичную передачу пульсаций для трафика данных.
Рассмотрим далее основные требования, предъявляемые к вычислительным сетям.
Современные сети предназначены для выполнения различных задач, таких, как предоставление доступа к файлам и страницам публичных Web-сайтов Internet, обмен текстовыми и интерактивными данными и т.п. Это является основной задачей сети. При этом требования, предъявляемые к сетям, такие, как производительность, защищенность и надежность, совместимость и управляемость, а также масштабируемость, связаны с качеством выполнения этой основной задачи. Однако зачастую в понятие «качество обслуживания» (QoS) включаются только две самые важные характеристики сети – это надежность и производительность [68].
Компьютерные сети относятся к распределенным системам, для которых характерна высокая производительность. Это обусловлено возможностью распределения задач между несколькими сетевыми ЭВМ.
В понятие производительности сети входят несколько параметров:
- время реакции;
- скорость передачи трафика;
- пропускная способность;
- задержка передачи и вариация задержки передачи.
Время реакции сети определяется как «интервал между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на него» [68]. Значение этого параметра зависит как от сервиса, к которому обращается пользователь, так и от загруженности отдельных составляющих сети, через которые проходят пакеты.
Составляющие времени реакции, как правило, следующие:
- время формирования запросов на ЭВМ;
- время передачи запросов между ЭВМ и сервером через элементы сети;
- время обработки запросов на сервере;
- время передачи ответов от сервера клиентскому компьютеру;
- время обработки получаемых от сервера ответов на ЭВМ.
Задержка передачи определяется как «задержка между моментом поступления данных на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления их на выходе этого устройства» [68]. Этот параметр отличается от времени реакции сети тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без учета задержек на обработку в конечных узлах сети.
Наиболее характерными параметрами качества сети являются максимальная задержки передачи и вариация этой задержки. Как уже говорилось выше, не все типы трафика чувствительны к задержкам передачи. Для вычислительных сетей характерны задержки порядка сотен миллисекунд, в редких случаях – нескольких секунд. Такие значения задержки пакетов незначительно влияют на качество этих служб компьютерных сетей. Однако, такие же значения задержки пакетов, доставляющих голосовые или видеоданные, могут привести к значительному ухудшению качества восприятия информации пользователем (возникновению эффекта «эха», невозможности разобрать некоторые слова, вибрации изображения и т.п.).
Следующим требованием, предъявляемым к сетям, является надежность, которая включает в себя также аспекты безопасности.
Известно, что распределенные вычислительные сети обладают большей надежностью, нежели отдельные вычислительные машины. В отличие от простых элементов и устройств, которые характеризуются такими показателями надежности как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов, для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик:
- коэффициент готовности;
- сохранность данных;
- согласованность (непротиворечивость) данных;
- вероятность доставки данных;
- безопасность;
- отказоустойчивость [68]. Коэффициент готовности определяет долю времени, в течение которого система работоспособна. Коэффициент готовности может быть увеличен за счет дублирования основных элементов системы, чтобы в случае отказа основного элемента в работу включались дублирующие, тем самым обеспечивая непрерывное функционирование системы.
Исследование способов управления трафиком
Учитывая самоподобный характер трафика, следует особое внимание уделить вопросам управления. Особенности структуры современного трафика требуют постоянного пересмотра режимов работы алгоритмов по управлению и их модернизации [74, 75, 21, 19, 20].
Рассмотрим реализацию некоторых подходов по управлению современным трафиком с учетом его самоподобного характера при использовании стандартных протоколов, обеспечивающих качество обслуживания.
В качестве имитационной среды используем программу NS2 [100]. Эксперимент проводился согласно схеме рисунка 2.10. Схема разработана в соответствии с традиционным подходом по построению современных сетей, где есть корневой маршрутизатор (Core) и два пограничных маршрутизатора (Router 1 и 2), а также источник (source) и приемник (destination).
Подобные эксперименты проводились и ранее [71, 75]. Однако результаты анализа статистической структуры современного трафика показывают необходимость дополнительных исследований.
Для сравнения, эксперимент проводился в условиях реализации двух подходов по обеспечению качества обслуживания: 1. Best Effort Service (негарантированная доставка данных), дисциплина очереди FIFO
2. Архитектура DiffServ (дифференцированное обслуживание), в рамках которой реализована процедура управления очередью WRED, с несколькими вариантами параметров по управлению очередью [98, 88, 95].
Программа NS2 позволяет генерировать потоки с различными распределениями. В качестве обрабатываемого трафика был использован on-off поток (on – периоды передачи пачки пакетов, off – периоды между пачками пакетов), параметр Херста H которого можно изменять. Значение коэффициента Херста изменялось от 0,1 до 0,9. В качестве протокола транспортного уровня использовали протокол TCP.
В маршрутизаторах в качестве алгоритма обслуживания очередей использовался традиционный механизм FIFO. Данный протокол, как правило, работает в режиме, когда все входящие пакеты после достижения максимального значения длины очереди отбрасываются, «отбрасывание хвоста» (tail drop) [84]. Дисциплина очереди FIFO не предусматривает процедуры по управлению очередью и предотвращения перегрузок. Следовательно, сеть сможет отреагировать на ситуацию с перегрузкой только тогда, когда включатся механизмы оконного управления потоком протокола TCP. Для наглядности пропускная способность виртуального канала выбиралась меньше скорости поступающего трафика.
По результатам моделирования были определены параметры, характеризующие качество функционирования сети: доля потерянных пакетов, задержка и джиттер (дрожание задержки).
Причина отбрасывания пакетов в условиях проведения данного эксперимента – переполнение буфера очереди.
График изменения доли отброшенных пакетов в зависимости от значения параметра Херста представлен на рисунке 2.11. Данная зависимость показывает, что наименьшее значение доли потерянных пакетов наблюдается при H = 0,6. При этом в диапазоне H от 0,1 до 0,6 наблюдается уменьшение этого значения. Но в диапазоне H от 0,6 до 0,9 – достаточно интенсивный рост. Обратим внимание, что современный трафик имеет значения параметра Херста, большей частью, именно из этой области.
Это позволяет сделать вывод о том, что использование очереди FIFO в рамках Best Effort Service не эффективно для трафика с высокой степенью самоподобия.
Одной из важнейших характеристик, определяющих эффективность функционирования сетей связи является задержка. Как правило, используют средние значения этого параметра. На рисунке 2.12 представлен зависимость задержки пакетов от значения параметра Херста обрабатываемого потока.
Из графика видно, что на среднюю задержку мало влияет степень самоподобия трафика, однако можно заметить незначительное увеличение задержки, начиная с Н = 0,5. Другим не менее важным параметром является джиттер. Наиболее чувствительными к джиттеру являются приложения, ориентированные на прием/передачу непрерывных потоков данных, например, мультимедийные приложения [23].
Рисунок 2.13 показывает, что степень самоподобия практически не оказывает влияния на такой параметр как джиттер.
Анализируя данные эксперимента, можно сделать вывод: несмотря на то, что такие параметры как задержка и джиттер мало зависят от коэффициента Хер-ста, работу алгоритма FIFO можно назвать неудовлетворительной, поскольку наблюдается значительный рост доли отброшенных пакетов в зависимости от степени самоподобия обрабатываемых потоков. Подобный рост доли отброшенных пакетов может серьезно повлиять на качество обработки трафика.
Рассмотрим реализацию эксперимента в модели дифференцированного обслуживания при сохранении тех же условий, но в качестве дисциплины управления очередью используем одну из версий алгоритма RED. Используем модификацию RED с возможностью настройки параметров управления очередью для нескольких потов одновременно, то есть введения приоритизации потоков, – алгоритм WRED (алгоритм взвешенного механизма произвольного раннего обнаружения) [95]. Схема эксперимента представлена на рисунке 2.14. По сравнению со схемой рисунка 2.10 здесь был добавлен еще один источник трафика. Это необходимо для корректной настройки протокола WRED с введением двух приоритетов трафика. В качестве фонового трафика использовали поток CBR (constant bit rate – поток с постоянной битовой скоростью).
В данном эксперименте для отбрасываемого трафика будет использоваться процедура управления очередью. В алгоритме RED сброс пакетов происходит в определенном диапазоне границ очереди и с определенной вероятностью, если длина очереди меньше данного диапазона – сброс не происходит, если выше – отбрасываются все пакеты. Были выбраны три варианта настройки границ очереди и вероятности сброса: от 10 до 20 байт – 0,1%, от 20 до 40 байт – 0,25%, от 40 до 60 байт – 0,5%.
За управлением интенсивностью трафика и его маркировку могут отвечать три механизма: алгоритм скользящего временного окна с 2 цветным маркером (Time Sliding Window with Two Color Marking, TSWTCM) [24, 25], алгоритм трехцветного маркера для одного входящего потока (A Single Rate Three Color Marker, srTSM) [26], алгоритм двухпараметровый трёхцветный маркер (Two Rate Three Color Marker (trTCM)) [27]. Все эти алгоритмы построены на принципе работы алгоритма Token Bucket [38]. В эксперименте использовался алгоритм srTSM.
Значения параметров «корзин», используемые в эксперименте: CIR-30000, CBS-1500, EBS-1500. Эти параметры назначаются для всей серии экспериментов и не меняются.
Следующий эксперимент позволил определить зависимости доли потерянных пакетов от параметра фрактальности. Условия реализации эксперимента аналогичны тому, как это сделано в предыдущем случае.
Исследование излучающе-экранирующих систем для беспроводных защищенных сетей на основе распределенных излучателей
Как уже отмечалось в предыдущем подразделе, в определенных типах помещений первоочередную роль играет не расположение источников, а частота. В таких случаях помещение может быть рассмотрено как прямоугольный волновод, в котором наблюдается маломодовое распространение сигнала. При этом расположение излучателя мало влияет на распределение поля в пространстве.
Рассмотрим распределение поля, создаваемое распределенным излучателем в экаранированном помещении. В качестве примера рассмотрим помещение сложной Г-образной формы, описанное в предыдущем подразделе.
На рисунках 3.9, 3.10 и 3.11 представлены нормированные распределения поля внутри помещения для частоты f2 = 300 МГц в сечениях, соответствующих высоте h = 0,5 м, h = 1 м, h = 1,5 м, h = 1,75 м, h = 3 м, h = 4 м, сформированного излучающим кабелем, расположенным по центру помещения.
На рисунках 3.12 – 3.14 представлено распределение поля для случая расположения излучающего кабеля вдоль стен помещения, что более соответствует реальному расположению.
На рисунках 3.15 – 3.17 представлены аналогичные результаты для частоты f1 = 1800 МГц в сечениях, соответствующих высоте h = 1 м, h = 1,75 м, h = 3 м, сформированного излучающим кабелем в различных вариантах его расположения.
Подтверждается сделанное раннее предположение о том, что расположение излучателя на данной частоте в данном помещении мало влияет на распределение поля в пространстве. Вместе с тем, сравнение результатов с аналогичными в предыдущем подразделе показывает целесообразность применения систем распределенных источников в помещениях сложной формы.
В последнее время растущая насыщенность населенных территорий средствами радиосвязи, радиодоступа и телерадиовещания приводит к необходимости построения сетей связи, удовлетворяющих существенно ужесточенным требованиям по электромагнитной совместимости. В частности, возрастают требования к антенным системам базовых станций в части точности формирования зон покрытия.
Следует отметить, что вышеупомянутая проблема решается различными способами, в зависимости от специфики сети и объектов. Так, например, в [1] предлагается реализовывать требования к зоне покрытия спутниковых антенн путем использования отражателя, обеспечивающего формирование диаграммы направленности (ДН) специальной формы, а в [42] предлагается использовать в качестве антенн в протяженных экранированных сооружениях излучающий фидер.
Тем не менее, в антенных системах базовых станций до сих пор используется традиционное, широко распространенное построение антенных систем на основе панельных излучателей с секторными ДН (ограничение главного лепестка ДН по азимуту и углу места) и, при необходимости, механическим или электрическим наклоном луча. Однако, предъявление новых, комплексных требований к зонам покрытия приводит к необходимости нормирования не только ширины лепестка ДН, но и ее формы.
Например, это является важным фактором при проектировании защищенных локальных вычислительных корпоративных сетей. Важными аспектами организации таких сетей является скорость развертывания сети, возможность установления связи с относительно удаленными объектами, а также с подвижными абонентами сети [127].
Важной задачей в контексте проектирования таких сетей связи является задача сопровождения подвижных выделенных объектов на расстоянии 1 – 5 км, при котором должны передаваться высокоскоростные данные в режиме реального времени [127].
Так, например, такая задача возникает при передаче высококачественного изображения с летательного аппарата, автономного устройства обследования труднодоступных объектов либо с камеры обзора участника экспедиционной команды. При этом данные объекты являются абонентами защищенной локально-вычислительной сети.
Рассмотрим возможность обеспечения решения поставленной технической задачи с помощью направленных антенн.
Так, интересным является вариант формирования ДН с использованием комплекта антенн [111] с узкими перекрывающимися ДН. При этом активными являются только те элементы, которые необходимы для формирования максимума ДН в сторону абонента.
Предлагается в качестве элементарного излучателя использовать вариант рупорной антенны [41]. Ее модель приведена на рисунке 3.18.
Экспериментальное исследование макета фрагмента беспроводной защищенной сети
Как уже было отмечено во втором разделе, одним из перспективных направлений в создании беспроводных защищенных сетей нового поколения является применение технологии «Радио поверх волокна» (Radio-over-Fiber, RoF) [105,107], позволяющей значительно улучшить информационную защиту за счет отсутствия модуляторов/демодуляторов высокочастотного сигнала RoF на промежуточных устройствах, например, базовых станциях. Другим существенным преимуществом данной технологии является ее гибкость, позволяющая использовать существующие линии связи. В целях экономного использования ресурсов трафика волоконно-оптических линий связи ранее была рассмотрена модель передачи дуплексных сигналов RoF наряду с другими сигналами, например, в сетях общего пользования по одному оптическому волокну. В связи с этим для подтверждения работоспособности такого решения был разработан и изготовлен макет фрагмента беспроводной защищенной сети, обеспечивающий одновременную дуплексную передачу цифровых сигналов, а также аналоговых сигналов RoF по одному оптическому волокну. В рамках диссертационной работы данный макет будем называть «Модернизированный мобильный стенд линии передачи сети радиосвязи поверх распределенной волоконно-оптической структуры (Стенд-СМ)». Данный Стенд-СМ представляет собой модернизацию ранее успешно применявшегося для моделирования и исследования фрагментов сети RoF [18, 47, 50] комплекса «Стенд-С». Модернизация обеспечила формирование и передачу по одному волокну двух (а не одного, как ранее [18]) одновременно работающих дуплексных трактов, моделирующих основной цифровой канал и аналоговый канал RoF.
Таким образом, Стенд-СМ предназначен для проверки возможности организации дуплексной радиосвязи поверх распределенной волоконно-оптической структуры с обеспечением одновременного и независимого функционирования дополнительных цифровых каналов связи в волоконно-оптическом тракте на разных оптических несущих и измерения (оценки) различных характеристик сети беспроводной защищенной связи.
В состав Стенд-СМ входят несколько функциональных блоков, полный перечень которых представлен в таблице 4.1.
Кратко опишем принцип работы Стенд-СМ и назначение важных функциональных блоков. На терминальном устройстве (ТУ) формируется информационный (низкочастотный) сигнал, который поступает на центральную станцию (ЦС), где преобразуется в модулированный (высокочастотный) оптический RoF сигнал диапазона «С» ( = 1551,18 нм), который затем передается в блок устройства оптического уплотнения (УОУ). На персональном компьютере (ПК) формируется цифровой сигнал, который, поступает на коммутатор Ethernet [25], где посредством модуля SFP (Small Form-factor Pluggable), в свою очередь, преобразуется в оптический сигнал диапазонов «С+L» и также поступает в блок УОУ. Модуль SFP представляет собой двухволоконный оптический модуль CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) [62] и имеет гарантированную скорость передачи данных до 1,25 Гбит/с при длине оптической трассы до 120 км. Блок УОУ обеспечивает сложение и разделение поступающих оптических сигналов (сигнала RoF и цифрового сигнала) для передачи по одному волокну в диапазонах «С» и «L» (1530 – 1625 нм). Затем два оптических сигнала поступают к блоку ВОЛС через соответствующие оптические разъемы. Блок ВОЛС реализован посредством использования ступенчатого одномодового волокна, параметры которого соответствуют рекомендации МСЭ-Т G.652 (тип SMF 28e+) [63], и оптического аттенюатора, обеспечивающих затухание, эквивалентное оптическому волокну, длиной 50 км. После этого оптические сигналы вновь поступают на блок УОУ, где они разделяются и, соответственно, поступают в блок БС и в коммутатор Ethernet. В блоке БС оптический сигнал RoF преобразуется в электрический (высокочастотный), а затем передается по радиоканалу на абонентский комплект, в котором впоследствии демодулируется/модулируется в информационный (низкочастотный). Структурная схема Стенд-СМ приведена на рисунке 4.7
Как видно из рисунка 4.7, основное отличие модернизированного стенда от исходного [18] состоит в обеспечении возможности одновременной передачи по двум дуплексным каналам, для чего в состав комплекса дополнительно введены ОУО, коммутаторы с SFP модулями, и ПК.
Кроме того, в состав Стенд-СМ также входит ряд дополнительных модулей, которые обозначены на рисунке 4.7 следующим образом: Э/О и О/Э – соответственно, электронно-оптический и оптоэлектронный преобразователи; ОР – оптический разветвитель; ОФ – оптический фильтр; ОЦ – оптический циркулятор.
Блоки ЦС и БС в данном модернизированном стенде идентичны исходному стенду [18], характеристики которых приведены в таблицах 4.2, 4.3, соответственно.
Модернизированный мобильный стенд предоставляет в дуплексном режиме канал тональной частоты со скоростью модемного соединения 19 200 бит/с, при этом прямой и обратный каналы организованы с использованием одной оптической несущей из диапазона "С" (1530 – 1565 нм) посредством использования одного оптического волокна, параметры которого соответствуют рекомендации МСЭ-Т G.652 [63]. Модуляция оптической несущей осуществляется в диапазоне частот 300 – 344 МГц с разносом частот приема и передачи 36 МГц. Кроме того, как уже было отмечено, Стенд-СМ обеспечивает одновременное и независимое функционирование дополнительных цифровых каналов связи с пропускной способностью 1000 Мбит/с (ограничение коммутатора Ethernet) на отдельных оптических несущих диапазонов "С+L" в линейном оптическом тракте (ВОЛС).
На БС для организации радиоканала присутствует «вибраторная антенная система излучателей», подробно описанная в третьем разделе, экспериментальное исследование которой также приведено в подразделе 4.1. Данная вибраторная антенная система обладает коэффициентом усиления не хуже 2 дБи и подключена к БС фидером, имеющим волновое сопротивление 50 Ом. В свою очередь, в блоке АК в качестве антенны используется симметричный полуволновый вибратор [65].
В рамках диссертационной работы под ТУ в зависимости от назначения подразумевается, как телефонный аппарат (ТА), так и комплекс измерительного оборудования (КИО), включающего в себя ПК, модем и соответствующее программное обеспечение, необходимое для измерения характеристик сети, а также для хранения и обработки полученных результатов.
Методика оценки качества каналов состоит из трех этапов и принципиально не отличается от примененной в [18]. Первый этап методики основывается на использовании типовой методологии RFC-2544 [113] для RoF канала с одновременно работающим цифровым каналом. Для проведения измерений была применена схема, представленная на рисунке 4.8. Измерения проводились в режиме одновременной дуплексной передачи по каналу RoF с максимальной пропускной способностью 19,6 кбит/с и по цифровому каналу с пропускной способностью 1000 Мбит/с. На втором этапе дополнительно также оценивались характеристики «сигнал/шум» и АЧХ канала, получаемая с помощью «Dial-up модема» и стандартного программного обеспечения операционной системы Windows XP - HyperTerminal.
Наконец, на третьем этапе для качественной оценки RoF канала была осуществлена экспертная оценка качества канала по ГОСТу Р 50840 [26]. При этом в качестве ТУ использовались ТА.
Рассмотрим более подробно каждый из этапов проведения измерений.
На первом этапе производится оценка параметров качества канала связи поверх распределенной волоконно-оптической структуры по методике RFC 2544, которая представляет собой ряд испытаний, приводящихся в случае отсутствия реального трафика (см. рисунок 4.8) при одновременном функционировании цифрового канала связи.
Для оценки производительности сети связи в целом методика RFC 2544 использует четыре основных теста:
- оценка пропускной способности канала;
- оценка времени прохождения пакета по каналу;
- оценка уровня потерь пакетов;
- оценка качества канала при неравномерной передачи данных.
При этом в методике RFC 2544 для корректного выполнения каждого из приведенных выше тестов указаны рекомендованные значения длины пакетов (8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 байт), рекомендованное время выполнения (не ме 139 нее 2 с), а также рекомендованное количество измерений (не менее 100 раз для каждой длины пакета).
Методика оценки пропускной способности канала заключается в запуске теста с максимально возможной скоростью передачи с последующим сравнением отправленных и полученных кадров. В случае, если имеют место потери кадров, то скорость передачи делится вдвое, и тест начинается сначала. В свою очередь, если потери отсутствуют, то скорость передачи кадров увеличивается на половину разницы скорости предыдущего теста. Такая методика получила название в литературе «схема деления/удвоения пропускной способности». Тестирование продолжается до тех пор, пока не будет найдена максимально возможная скорость передачи, при которой отсутствуют потери кадров. Следует также отметить, что данное измерение выполняется для каждой длины пакета.
Оценка времени прохождения и потерь кадров является особенно важной для сервисных услуг, работающих в реальном времени (телефония, видеоконференция и т.п.), где большие значения данных характеристик приведут к существенной деградации связи. Причем следует отметить, что повторной передачи кадров в таком случае не происходит, в связи с чем возникают дополнительные требования к надежности сети. Выбор пропускной способности канала определяется в соответствии с предыдущей методикой, но с тем условием, что потери кадров будут отсутствовать в трех последовательных тестах при всех возможных значениях длин кадров.
Исследование неравномерной передачи данных позволяет произвести оценку возможностей буферизации в маршрутизаторах и коммутаторах. При неравномерной передаче данных достаточно сильно меняется общая нагрузка на сеть, что, в свою очередь, позволяет выявить «узкие места». Например, уменьшение длины пакета приводит к увеличению числа кадров, что, в свою очередь, способствует увеличению нагрузки на сеть. Данный тест предполагает измерение наибольшего количества кадров, полученных при максимально возможной пропускной способности за период времени в отсутствии потерь кадров. Следует отметить, что во время теста кадры передаются с минимальным межкадровым интервалом. В случае наблюдения потерь кадров длина пакета сокращается, а в случае прохождения теста без ошибки увеличивается. Данный тест проводится для множества длин пакетов, а конечный результат представлен в виде усредненного значения.