Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Оценка существующих методов по обеспечению качества пакетной передачи речи на базе протокола IP 11
1.1 Факторы, влияющие на качество передачи речи через пакетную сеть 11
1.2 Методы и механизмы по обеспечению качества передачи речи через пакетную сеть 13
1.3 Модели по обслуживанию речевого трафика в пакетных сетях 23
1.4 Механизм резервирования сетевых ресурсов 26
1.5 Преимущества и недостатки протокола резервирования сетевых ресурсов RSVP 28
1.6 Актуальность проблемы обеспечения качества передачи речи в пакетных сетях 34
1.7 Постановка задачи исследования .. 37
1.8 Выводы 41
Глава 2. Разработка предложениеи по усовершенствованию протокола резервирования ресурсов 44
2.1 Постановка задачи формирования усовершенствований протокола резервирования ресурсов 44
2.2 Механизмы реализации усовершенствований протокола резервирования ресурсов 44
2.2.1 Механизм предварительного уведомления 44
2.2.2 Формирование таблицы идентификации 49
2.2.3 Механизм резервирования 54
2.2.4 Механизм идентификации речевых пакетов 59
2.2.5 Усовершенствованный механизм обработки речевых пакетов 62
2.3 Алгоритмы функционирования усовершенствованного протокола резервирования ресурсов 67
2.4 Резервирование ресурсов на устройствах маршрутизации 81
2.5 Выводы 84
Глава 3. Методико-математический аппарат оценки эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов 86
3.1 Методология оценки эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов 86
3.2 Методика оценки эффективности функционирования усовершенствованного протокола резервирования ресурсов 95
3.3 Разработка системы показателей для оценки целевой и экономической эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов и алгоритмы их определения 107
3.3.1 Показатели целевой эффективности 107
3.3.2 Показатели экономической эффективности 113
3.4 Частные показатели экономической эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов 121
3.5 Выбор метода моделирования процессов функционирования усовершенствованного протокола резервирования ресурсов с целью определения ПЦЭ и ПЭЭ 123
3.6 Характеристика выбранного метода моделирования 134
3.7 Формирование математической модели процессов функционирования усовершенствованного протокола резервирования ресурса и ее описание 135
3.8 Разработка типовых функциональных модулей математической модели 141
3.9 Выводы 147
Глава 4. Экспериментальные исследования функционирования УПРР 149
4.1. Характеристики стенда для исследования протокола резервирования ресурсов 149
4.2. Адаптация алгоритма и математической модели к оценке целевой и экономической эффективности функционирования УПРР 153
4.3. Исходные данные для оценки и их источники 154
4.4. Результаты экспериментального исследования и адаптированной математической модели 160
4.5. Разработка рекомендаций по совершенствованию протокола резервирования ресурсов 167
4.6. Выводы 169
Заключение 172
Условные обозначения и сокращения 175
Библиографический список использованной литературы 178
Приложения 184
- Методы и механизмы по обеспечению качества передачи речи через пакетную сеть
- Усовершенствованный механизм обработки речевых пакетов
- Методология оценки эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов
- Характеристики стенда для исследования протокола резервирования ресурсов
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Современный этап развития пакетных сетей связи идет по пути интеграции передачи различного типа трафика (данные, речь, видео) через пакетную сеть. Одной из задач интеграции является обеспечение необходимого уровня качества обслуживания речевого трафика в пакетных сетях связи. Эта задача связана с уменьшением при передаче речи через пакетную сеть потерь речевых пакетов, величины задержки, при передаче речевых пакетов от одного абонента сети к другому и вариации задержки между речевыми пакетами. При этом поставленная задача усложняется тем, что изначально разрабатываемые протоколы и механизмы передачи данных не были ориентированы на передачу речевого трафика через пакетную сеть. Воздействие на качество речи перечисленных выше факторов проявляется в ухудшении разборчивости речи, появлении пауз в разговоре, пропадании отдельных фраз и возникновения эффекта "эха", все это, безусловно, отражается на качестве принимаемого абонентом речевого сигнала.
Задача обеспечения требуемого уровня качества обслуживания речевого трафика при его передаче через пакетную сеть решается за счет обеспечения: гарантированной полосы пропускания для речевого трафика, минимальной величины задержки и вариации задержки передачи речевых пакетов, а также за счет обеспечения минимального уровня потерь речевых пакетов. Поэтому на сегодняшний день значительный интерес представляет собой разработка механизмов и протоколов, выполняющих приоритетное обслуживание речевых пакетов и гарантирующих необходимую полосу пропускания на всем пути передачи речевых пакетов через пакетную сеть.
В настоящее время за рубежом ведутся многочисленные исследования по разработке механизмов и протоколов, обеспечивающих необходимый уровень качества обслуживания речевого трафика в пакетных сетях связи.
Одним из таких механизмов является протокол резервирования ресурсов (RSVP), разработанный Инженерной рабочей группой проблем Интернет (IETF). Протокол RSVP позволяет выполнять динамическое резервирование полосы пропускания для передачи различного типа трафика от источника до получателя данных, используя механизмы приоритетной обработки трафика. В результате использования протокола резервирования ресурсов обеспечивается строго определенная полоса пропускания в канале связи для передачи каждого речевого потока, минимальная величина задержки передачи речевых пакетов и вариация задержки. Кроме преимуществ использования протокола существуют и ряд существенных недостатков, которые ограничивают его применение для задач, связанных с обеспечением необходимого уровня качества обслуживания речи в пакетных сетях операторов услуг связи с достаточно большим числом узлов маршрутизации.
Цель и задачи исследования
Для решения задачи по обеспечению необходимого уровня качества обслуживания речевого трафика в корпоративных мультисервисных сетях, наиболее целесообразным является усовершенствование существующего протокола RSVP. Поэтому целью диссертационной работы является разработка научно-технических предложений по усовершенствованию существующего протокола резервирования ресурсов, позволяющих устранить недостатки протокола, повысить эффективность его применения для задач обеспечения требуемого уровня качества обслуживания речевого трафика в корпоративных мультисервисных сетях.
В основном диссертационная работа направлена на повышение масштабируемости протокола резервирования ресурсов, уменьшение времени задержки установления телефонных соединений при использовании протокола резервирования, сокращение процедуры настройки протокола администратором пакетной сети связи, а также на повышение эффективности использования доступной для резервирования полосы пропускания в канале связи за счет использования однопроходного алгоритма работы протокола резервирования ресурсов и механизма предварительного уведомления маршрутизаторов пакетной сети о параметрах резервирования для каждого речевого потока. Кроме того, при разработке усовершенствований протокола резервирования ресурсов учитывается экономическая целесообразность разработки, а именно, снижение затрат на разработку, внедрение и обеспечение функционирования (поддержку) усовершенствованного протокола в пакетных сетях связи. Исходя из изложенного, научная проблема диссертационного исследования формулируется следующим образом -Разработка усовершенствованного протокола резервирования ресурсов (УПРР). В качестве основных задач исследования в диссертационной работе можно выделить: проведение оценки и систематизация существующих методов по обеспечению качества пакетной передачи речи на базе протокола IP; разработка усовершенствованного алгоритма работы протокола резервирования ресурсов; разработка методико-математического аппарата оценки эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов; разработка системы показателей для оценки эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов; выбор метода моделирования и построение математической модели процесса функционирования усовершенствованного протокола резервирования ресурсов (УПРР); разработка способа экспериментального исследования функционирования УПРР. Объект и предмет исследования
Объектом исследования диссертационной работы является разрабатываемый протокол и механизмы по обеспечению необходимого уровня обслуживания речевого трафика в пакетных сетях связи. Предметом исследования является анализ показателей эффективности функционирования УПРР с помощью имитационного моделирования. Методы проведенного исследования
В диссертационной работе используются методы теории математической статистики, теории массового обслуживания, теории надежности и методы теории имитационного моделирования.
Научная новизна диссертационного исследования
В ходе выполненного диссертационного исследования разработаны: однопроходной алгоритм работы протокола резервирования ресурсов, где инициатором и протоколом отмены резервирования выступает стек протоколов Н.323; механизм предварительного уведомления маршрутизаторов пакетной сети, обеспечивающий функционирование протокола резервирования ресурсов в автономном режиме без необходимости выполнения предварительных настроек на маршрутизаторах резервируемого пути, а также позволяющий динамически изменять параметры резервирования в случае изменения числа маршрутов телефонных соединений; механизм динамического перераспределения резервирования ресурсов на основе предложенной маркировки речевых пакетов, принадлежащих речевому потоку экстренного телефонного соединения, что позволяет идентифицировать данные речевые пакеты и согласно требованиям резервирования освободить ресурсы; методология и методика оценки эффективности функционирования УПРР; система показателей для оценки целевой эффективности (ЦЭ) функционирования УПРР; алгоритмы определения показателей целевой эффективности (ПЦЭ); математическая модель процессов функционирования УПРР, используемая для оценки ЦЭ и экономической эффективности внесенных усовершенствований; типовые функциональные модули (ТФМ) математической модели, предназначенной для определения ПЦЭ; адаптация алгоритмов и математической модели к оценке эффективности функционирования УПРР; рекомендации по совершенствованию УПРР.
Практическая значимость полученных результатов
В результате проведенного исследования разработаны однопроходной алгоритм функционирования протокола резервирования ресурсов и механизм предварительного уведомления маршрутизаторов о параметрах резервирования. Эти разработки позволили значительно сократить время установления соединения между абонентами пакетной сети при использовании протокола резервирования; повысить эффективность использования доступной полосы пропускания при выполнении процедуры резервирования; повысить эффективность использования полосы пропускания для передачи служебных сообщений протокола резервирования ресурсов и, кроме того, значительно сократить объем выполняемых при организации передачи речи через пакетную сеть администратором сети настроек на маршрутизаторах пакетной сети связи.
Апробация результатов диссертации
По материалам диссертационной работы делались доклады на научных семинарах кафедры Открытых Информационных Систем МЭСИ. На ежегодных конференциях: по электронному бизнесу и коммерции CiscoExpo 2001 (2001г); по электронному бизнесу и коммерции CiscoExpo 2002 (2002г). На ежегодных выставках "Связь-Экспокомм-2001" и "Связь-Экспокомм-2002". Кроме того, материалы диссертации помещены в отчетах по НИР кафедры Открытых Информационных Систем МЭСИ. Апробация разработанного алгоритма функционирования УПРР была выполнена в рамках лаборатории ЗАО "КРОК инкорпорейтед" на испытательном стенде пакетной сети связи, описанной в четвертой главе диссертации.
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в четырех статьях журнала "Сети и Системы Связи" и трех статьях в сборнике научных трудов академического совета МЭСИ.
Методы и механизмы по обеспечению качества передачи речи через пакетную сеть
При организации пакетной передачи речи на базе транспортного протокола IP главной проблемой является обеспечение качества передачи речи через пакетную сеть, так как изначально транспортный протокол IP не был предназначен для обмена данными в режиме реального времени. Обеспечение качества передачи связано с уменьшением воздействия на качество речи следующих факторов: потерь речевых пакетов, задержки при передаче речевых пакетов от одного абонента сети к другому и вариации задержки между речевыми пакетами.
В основном потери пакетов в сети происходят по причине переполнения входных и выходных буферов маршрутизаторов, при котором последний вынужден удалять вновь поступающие пакеты. Это приводит к тому, что вместе с пакетами данных могут быть удалены речевые пакеты или группы речевых пакетов, которые могут нести кодированную информацию целых речевых фраз. В результате разборчивость речи сильно падает и ведение разговора становиться невозможным.
Задержки при передаче речевых пакетов возникают при их транспортировке через пакетную сеть, которая допускает передачу пакетов по разным маршрутам с различным числом промежуточных узлов. Как правило, задержка на всем пути передачи речевых пакетов складывается из задержки, вносимой каждым узлом маршрутизации (задержка на обработку речевого сигнала, задержка на обработку речевых пакетов в очереди, задержка при передаче пакетов в передающий канал, задержка в воспроизводящем буфере), и задержки распространения сигнала в канале связи. Задержки, возникающие на пути прохождения речевых пакетов, можно условно разделить на постоянные и переменные. Величина постоянной задержки не изменяется за время прохождения речевых пакетов через устройство маршрутизации, так как является фиксированной величиной для данного маршрута передачи речевых пакетов. К таким видам задержек относятся: задержка на обработку речевого сигнала, задержка при передаче в канал связи, задержка распространения сигнала в физической среде канала связи. Величина переменных задержек может изменяться за время прохождения речевых пакетов через устройство маршрутизации, что приводит к появлению вариации задержки между речевыми пакетами. К данному типу задержек относятся: задержка на обработку речевых пакетов в очереди и задержки распространения сигнала в физической среде канала связи.
В силу того, что величина суммарной задержки имеет переменную составляющую, то при передаче речевых пакетов через пакетную сеть возникает вариация задержки, которая представляет собой разницу во времени между поступающими пакетами в приемный буфер устройства маршрутизации. Проявлением вариации задержки может служить эффект прерывистой речи в момент воспроизведения речевых пакетов из приемного буфера, в результате разборчивость речи значительно ухудшается.
Кроме того, при передаче речи по сетям с пакетной коммутацией добавилась проблема традиционной телефонии, а именно, эффект возникновения эха, который приводит к тому, что говорящий слышит свой собственный голос с определенной задержкой, в результате снижается уровень разборчивости речи собеседника.
Все перечисленные факторы оказывают существенное влияние на качество передачи речи через пакетную сеть, поэтому для уменьшения их влияния были разработаны методы, позволяющие значительно уменьшить воздействие отрицательных факторов на качество передачи речи. Для описания методов по обеспечению качества передачи речи комитетом IETF было введено понятие качества обслуживания (QoS) [9, 43], обозначающее группу механизмов, работающих в пакетной сети и обеспечивающих уровень обслуживания различного типа трафика. На настоящий момент определены три уровня обслуживания трафика [43]: негарантированный уровень (best-effort service), дифференцированный уровень (differentiated service) и гарантированный (guaranteed service) уровень обслуживания. Негарантированный и дифференцированный уровни обслуживания в основном используются для обеспечения передачи данных, не предъявляющих требований по качеству передачи (задержки и потери пакетов). Гарантированный сервис позволяет обеспечить уровень передачи пакетов близкий к режиму передачи в реальном масштабе времени, что позволяет осуществлять передачу речи и видеоданных через пакетную сеть. Это достигается за счет резервирования ресурсов сети для передачи речевых и потоков видеоданных через пакетную сеть, при этом необходимо обязательное выполнение следующих двух условий - это гарантированная и своевременная доставка речевых пакетов от одного абонента сети другому. Под гарантированной доставкой понимается доставка всех речевых пакетов от одного абонента сети другому без потерь. Под своевременной доставкой понимается доставка речевых пакетов от одного абонента другому с максимально допустимой задержкой и вариацией задержки.
Для выполнения требований по гарантированной и своевременной доставке речевых пакетов разработаны ряд механизмов, которые поддерживаются сетевым оборудованием и функционируют как на уровне протоколов передачи пакетов через пакетную сеть, так и на аппаратном уровне устройств маршрутизации.
Усовершенствованный механизм обработки речевых пакетов
В настоящее время для обработки речевых пакетов на маршрутизаторах в основном используются два механизма PQ-WFQ и LLQ, которые описаны в первой главе диссертации. Механизм LLQ является наиболее предпочтительным механизмом, обеспечивающим гарантированную полосу пропускания и минимальную задержку для речевых пакетов.
В новой реализации протокола резервирования ресурсов предлагается усовершенствованный механизм обработки речевых пакетов на выходном интерфейсе маршрутизатора - механизм обработки речевых пакетов с организацией нескольких приоритетных очередей MPQ-WFQ (Multi Priority Queuing - Weighting Fair Queuing). Отличительной особенностью предлагаемого механизма обработки от механизма LLQ является возможность организации нескольких приоритетных очередей для речевых потоков. Но если речевые потоки будут иметь одинаковые идентификаторы, значения IP адреса речевого шлюза источника/назначения и занимающие одну и туже полосу пропускания в канале связи, то данные речевые потоки будут помещаться классификатором в одну очередь. В случае, если речевые потоки будут иметь различные идентификаторы или отличающиеся IP адреса речевых шлюзов источников или речевых шлюзов назначения, то данные речевые потоки будут помещаться классификатором в разные очереди.
Преимуществами предлагаемого решения является, прежде всего, возможность создания приоритетных очередей для каждого речевого потока в соответствии с занимаемой полосой пропускания. Это позволит выделить речевые потоки, генерируемые высокопроизводительными кодеками, обладающими высокими коэффициентами сжатия, например, G.729 или G.723.1, для которых очень важно обеспечить гарантированную минимальную задержку обработки и минимальное значение джиттера. Выполнение этих условий необходимо в силу того, что данные типы кодеков из-за высокой степени сжатия фактически кодируют в одном пакете целые фразы, что при больших величинах задержки обработки и джиттера приводит к неравномерному воспроизведению речи даже при использовании "эластичного" приемного буфера, в результате ухудшается качество воспроизведения речи. Кроме того, надо отметить, что в пакетных сетях в большинстве случаев применяются именно высокопроизводительные кодеки, которые позволяют обеспечить значительную экономию полосы пропускания на низкоскоростных каналах связи, а значит, возможность передавать большее количество речевых потоков и данных. Обработка создаваемых приоритетных очередей в предлагаемой реализации протокола резервирования ресурсов также выполняется с использованием механизма обработки очереди WFQ, который описан в первой главе диссертации. Именно применение механизма WFQ позволяет обеспечить приоритетную обработку речевых пакетов высокопроизводительных кодеков за счет того, что в данном механизме приоритет обработки определяется весовым коэффициентом, расчет которого осуществляется на основе размера пакетов. Фактически, чем меньше размер речевого пакета, тем выше приоритет, например, размер речевого пакета, генерируемого кодеком G.729, равен 20-ти байтам, а G.723.1 равен 10 байтам, в результате пакеты кодека G.723.1 будут обрабатываться в первую очередь. В силу того, что размер речевых пакетов для кодеков G.729 или G.723.1 имеет меньший размер по сравнению с остальными типами кодеков, то данным речевым пакетам при вычислении весовых коэффициентов будут присвоены минимальные значения, которые обрабатываются алгоритмом WFQ в первую очередь. В результате для речевых пакетов высокопроизводительных кодеков, имеющих небольшой размер, будет обеспечена минимальная задержка при обработке пакетов в очереди, а также минимальная задержка между речевыми пакетами (джиттер).
Другим важным преимуществом механизма MPQ-WFQ является возможность организации приоритетных очередей для речевых потоков, имеющих различные идентификаторы, что позволит выделять речевые потоки, требующие первоочередной обработки, например, речевые потоки экстренной телефонной связи. Это достигается за счет использования специально зарезервированных идентификаторов речевых пакетов, в частности для речевых пакетов, имеющих значение идентификатора "OxFD", что соответствует передаче речевого потока экстренной телефонной связи.
Для реализации механизма обработки речевых пакетов MPQ-WFQ (Multi Priority Queuing - Weighting Fair Queuing) предлагается следующая функциональная схема обработки речевых пакетов на выходном интерфейсе маршрутизатора (см. прил.11). Механизм обработки построен на нескольких функциональных модулях, которые обеспечивают работу по обработке речевых пакетов на выходном интерфейсе маршрутизатора. Эти функциональные блоки следующие:
Классификатор (Classifier) — предназначен для выделения пакетов из поступающего потока на основе меток, в качестве которых используются различные поля заголовков пакетов, которые анализируются классификатором при обработке пакетов. Для выделения речевых пакетов из поступающего потока используется комбинация следующих полей заголовка IP пакета - IP адрес источника, IP адрес получателя и поле ToS, которое служит идентификатором речевых пакетов, принадлежащих одному речевому потоку. Информацию по данным полям классификатору передает модуль протокола резервирования ресурсов. Согласно полученной информации классификатор выполняет идентификацию речевых пакетов из общего потока пакетов, поступающих на выходной интерфейс маршрутизатора и постановку данных пакетов в очереди.
Формирователь (Traffic Shaping) — данный модуль обеспечивает строго заданную скорость передачи потока данных и сглаживает пульсации поступающего трафика. Работа данного функционального модуля основана на алгоритме "дырявого ведра", который описан в первой главе диссертации, где скорость передачи потока данных регулируется на основе запросов от протокола резервирования ресурсов. Получая запросы от резидентной программы стека протоколов Н.323 на резервирование полосы пропускания, протокол резервирования ресурсов передает параметры резервирования формирователю, на основе которых формирователь на выходном интерфейсе маршрутизатора ограничивает скорость передачи потока данных, высвобождая необходимую полосу пропускания для передачи речевых потоков. При этом максимально возможный процент высвобождения полосы пропускания для передачи речевых потоков не должен превышать 75% от максимально доступной полосы пропускания на выходном интерфейсе маршрутизатора, что гарантирует передачу приоритетного трафика данных через пакетную сеть.
Методология оценки эффективности усовершенствований протокола резервирования ресурсов
Маршрутизатор, как программно-аппаратное устройство, является сложной многофункциональной человеко-машинной системой (ЧМС), обеспечивающей функционирование целого ряда протоколов и процессов, взаимодействующих между собой, и предназначен для выполнения маршрутизации различного типа трафика согласно функционирующим протоколам между различными типами интерфейсов взаимодействия в пакетной сети связи.
В свою очередь, усовершенствованный протокол резервирования ресурсов (УПРР) представляет собой подсистему или процесс на маршрутизаторе, взаимодействующий с другими протоколами (подсистемами) маршрутизатора и выполняющий процедуру резервирования полосы пропускания на выходных интерфейсах маршрутизатора за счет управления различными подсистемами. Для выполнения процедуры резервирования, протокол резервирования ресурсов взаимодействует со следующими протоколами (подсистемами) маршрутизатора: подсистема таблицы маршрутизации, формируемая различными динамическими протоколами маршрутизации (RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP) [7, 14,28]; подсистема командного интерфейса управления маршрутизатором, обеспечивающая интерфейс взаимодействия с администратором сети, для выполнения настроек на маршрутизаторе; стек протоколов телефонной сигнализации Н.323, обеспечивающий обмен сигнальными сообщениями между речевым шлюзом источником и речевым шлюзом назначения, а также управление формированием и передачей речевого потока; подсистема формирования трафика, обеспечивающая регулирование полосы пропускания для потока данных; подсистема классификации трафика, обеспечивающая классификацию поступающих пакетов, согласно их приоритетам и распределяет их по организованным очередям; подсистема обработки очередей, обеспечивающая обработку пакетов в организованных классификатором очередях. 2. Под эффективностью функционирования УПРР, как части подсистемы маршрутизатора, понимается способность достигать поставленную цель в заданных условиях и с определенным качеством. Т.е. эффективность функционирования рассматривается как комплексное операционное свойство целенаправленного процесса функционирования УПРР, характеризующее приспособленность этого процесса к достижению цели реализуемой системой операции. Под целью понимается желаемый результат функционирования, достижимый в течение определенного времени. Операция - это упорядоченная совокупность взаимосвязанных действий, направленных на достижение заданной цели. Объектом исследования теории эффективности в нашем случае является операция, т.е. процесс функционирования УПРР, который представляет собой упорядоченную совокупность взаимосвязанных действий (аппаратных, программных, обслуживающего персонала), направленных на повышение качества обслуживания речевых потоков в пакетной сети. Предметом исследования этой теории являются закономерности оптимальной организации процесса функционирования УПРР, с точки зрения обеспечения качества передачи речи. Следовательно, понятие эффективности относится к операции, к процессу функционирования, а не к подсистеме или ко всей системе в целом, когда используется понятие качества системы, которое представляет собой совокупность ее свойств, обусловливающих пригодность системы удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Под свойством системы понимается ее объективная особенность, проявляемая при создании и эксплуатации системы. Эффективность функционирования подсистемы определяется не только свойствами самой системы, но и способами и условиями ее применения. Понятие эффективности предусматривает совместный анализ эффекта и затрат на его достижение. В связи с этим оценка эффективности УПРР должна осуществляться всесторонне, так как сама эффективность является наиболее общей интегральной характеристикой, обусловливающей качество операции, и зависит от всех факторов, влияющих на процесс проведения операции. Поэтому эффективность УПРР целесообразно рассматривать как интегральную характеристику, определяющую: степень соответствия УПРР своему назначению (целевая эффективность). Главные цели усовершенствования существующего протокола резервирования ресурсов — повышение качества обслуживания речевых потоков в пакетной сети при использовании низкоскоростных каналов связи; экономическую целесообразность усовершенствования УПРР (экономическая эффективность). 3. При количественной оценке эффективности УПРР важно учитывать основные особенности этой подсистемы: функционирование протокола на маршрутизаторах осуществляется в автоматическом режиме; использование однопроходного алгоритма работы протокола по выполнению процедуры резервирования на маршрутизаторах резервируемого пути; использование процедуры предварительной рассылки параметров резервирования всем маршрутизаторам резервирования пути; выполнение динамического резервирования и отмены резервирования в автоматическом режиме по запросам от Н.323; обеспечение гарантированного резервирования для речевого потока экстренной телефонной связи; резервирование полосы пропускания для речевого потока производится с учетом используемого типа кодека и применяемых методов по уменьшению полосы пропускания, занимаемой речевым потоком в канале связи; минимально допустимый набор типов служебных сообщений и минимальная частота их рассылки; минимальные настройки УПРР выполняются обслуживающим персоналом (администратором сети) только на речевых шлюзах источниках; 4. В процессе исследования эффективности функционирования УПРР необходимо решить следующие задачи: показать и с помощью математического аппарата подтвердить наличие положительного целевого и экономического эффекта, обусловленного функционированием УПРР; установить основные источники экономического эффекта, обусловленные переходом от существующего протокола резервирования ресурсов к УПРР. При этом рассматриваются только те источники, которые обеспечивают получение экономического эффекта за счет использования УПРР только при выполнении резервирования полосы пропускания для речевых потоков в пакетной сети связи на базе стека протоколов Н.323.
Характеристики стенда для исследования протокола резервирования ресурсов
Для получения экспериментальных значений характеристик функционирования протокола резервирования ресурсов в рамках исследования организован стенд пакетной сети связи, схема которого изображена в при л.22. На данной схеме представлена пакетная сеть, которая образована пятью маршрутизаторами, связанными между собой синхронными интерфейсами V.35, допускающими изменение скорости передачи в пределах от 19 Кбит/с до 512 Кбит/с. Это позволит получить экспериментальные значения характеристик функционирования протокола резервирования ресурсов при различных скоростных режимах на интерфейсах маршрутизатора.
Соединения между маршрутизаторами стенда выполнены согласно двухуровневой топологии пакетной сети, которая представляет собой "дерево". Верхний и нижний уровень, которой образован маршрутизаторами, выполняющими функции речевых шлюзов, а промежуточный уровень образован маршрутизаторами, выполняющими маршрутизацию речевых пакетов через пакетную сеть стенда. Выбор данной топологии пакетной сети стенда был сделан исходя из типовых схем организации корпоративных мультисервисных сетей связи, в которых центральный маршрутизатор агрегирует каналы связи от периферийных маршрутизаторов, тем самым, обеспечивая маршрутизацию между всеми маршрутизаторами пакетной сети стенда. Выбор моделей маршрутизаторов для организации пакетной сети стенда, был выполнен исходя из следующих требований по функциональным возможностям устройств маршрутизации, а именно: - поддержка синхронных интерфейсов с регулируемой скоростью передачи; - поддержка интерфейсов 1 OBase или 100BaseX; - поддержка стека протоколов Н.323; - поддержка кодеков G.711, G728, G.726, G729, G.723; - поддержка голосовых модулей с аналоговыми (FXS, FXO) и цифровыми интерфейсами (G.703/E1) для обеспечения подключения, как аналоговых телефонных аппаратов, так и УАТС; - поддержка динамических протоколов маршрутизации IGRP, EIGRP, OSPF; - поддержка механизмов WFQ, CB-WFQ, PQ-WFQ; К числу маршрутизаторов, удовлетворяющим перечисленным выше требованиям, относятся маршрутизаторы производства компании Cisco Systems, которые широко представлены на Российском рынке активного сетевого оборудования. Для организации схемы стенда были выбраны модели маршрутизаторов Cisco 3640 и Cisco 2620, которые соответствуют перечисленным выше требованиям к устройствам маршрутизации, а также допускают установку модулей с синхронными интерфейсами для соединения маршрутизаторов согласно схеме пакетной сети стенда и голосовых модулей с аналоговыми и цифровыми интерфейсами для подключения аналоговых телефонных аппаратов и УАТС. В результате, согласно выбранной топологии пакетной сети стенда "верхний уровень" образован маршрутизатором серии Cisco 3640, а "промежуточный" и "нижний уровень" представлены маршрутизаторами серии Cisco 2620. В соответствии со схемой пакетной сети стенда в маршрутизатор Cisco 3640 были установлены следующие модули: - цифровой модуль с интерфейсом G.703/E1 для подключения к УАТС по цифровому потоку Е1 с сигнализацией evro ISDN; - модуль с одним портом 10/100BaseX, для подключения персонального компьютера к пакетной сети стенда; - модуль с двумя синхронными портами V.35, для подключения к маршрутизаторам "промежуточного уровня". В маршрутизаторы Cisco 2620 "нижнего уровня" топологии пакетной сети стенда установлены: - модуль с голосовыми интерфейсами типа FXS для подключения аналоговых телефонных аппаратов; - модуль с одним синхронным интерфейсом V.35; - модуль с цифровым интерфейсом G.703/E1 для подключение к УАТС по цифровому потоку Е1 с сигнализацией evro ISDN. Промежуточные маршрутизаторы серии Cisco 2620 оснащаются лишь двумя двухпортовыми модулями с синхронными интерфейсами V.35. Кроме того, на всех маршрутизаторах стенда установлено специализированное программное обеспечение с функциональностью, соответствующей требованиям к маршрутизаторам стенда пакетной сети.
Для проведения измерений значений характеристик функционирования протокола резервирования ресурсов, в рамках организованной пакетной сети стенда были использованы персональные компьютеры с операционной системой Windows 2000, поддерживающей протокол резервирования ресурсов RSVP и программное обеспечение, позволяющее выполнять передачу данных по протоколу FTP. Персональные компьютеры напрямую через интерфейс Fast Ethernet подключаются к маршрутизатору Cisco 3640 "верхнего уровня" топологии и к маршрутизаторам Cisco 2620 "нижнего" уровня топологии пакетной сети стенда. Для анализа передаваемых через пакетную сеть служебных пакетов, генерируемых протоколом резервирования ресурсов, используется анализатор протоколов LITE 3000Е производства компании NetTest. Анализатор протоколов LITE 3000Е поддерживает различные типы интерфейсов подключения к активному сетевому оборудованию вычислительных сетей, в том числе интерфейс подключения V.35, используемый в устройствах маршрутизации пакетной сети стенда. Одной из функциональных возможностей анализатора протоколов является выполнение анализа трафика, проходящий через интересуемый сегмент сети с отображением структуры передаваемых пакетов и в соответствии с моделью OSI в реальном масштабе времени.
