в сетях коммутации пакетов

Эволюционная модель развития сетей связи, которая признается наиболее перспективной на сегодняшний день, предусматривает продолжительное совместное функционирование классических телефонных сетей общего пользования и сетей коммутации пакетов, ресурсы которых могут быть интегрированы. В сети Internet поддержи­вается только негарантированная доставка данных.

Вопросами обеспечения заданного ка­чества услуг QoS (Quality of Service) в IP-сетях занимаются международные организации в области стандартиза­ции телекоммуникаций. В настоящее время модели QoS разработаны следу­ющими организациями и форумами: Сектор стандартизации телеком­муникаций Международного союза электросвязи (ITU-T, МСЭ-Т); Европейский институт по стандартизации телекоммуникаций (ETSI); Инженерная группа поддержки Интернета (Internet Engineering Task Force— IETF); Форум по мультимедийным ком­муникациям (Multimedia Communi­cations Forum — MMCF); Европейский институт по иссле­дованиям и стратегическому планированию в телекоммуникациях (Europe­ an Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications EURESCOM). Однако ни од­на из разработанных моделей оценки качества услуг в сетях IP-телефонии не может считаться в полной мере универ­сальной.

Качеством обслуживания QoSназывают способность сети предос­тавлять улучшенное обслуживание определенным видам сетевого трафика при помощи таких технологий как Frame Relay, ATM, сети Ethernet и 802.1, SDH, а также сети с IP-маршрутизацией, где могут применяться лю­бые из указанных технологий. В Рекомендации Е.800 МСЭ-Т дается определение: «Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) — это общий эффект рабочих характеристик службы, который определяет степень удовлетворенности пользователя этой службой».

Программ­ное обеспечение QoS предоставляет следующие возможности: управление ресурсами иконтроль использования ресурсов (полосы пропускания, оборудования, глобальных каналов); эффективное использование сетевых ресурсов и обслуживание в первую очередь трафика, наиболее важного с коммер­ческой точки зрения; вводить обслуживание по заказу, что позволяет провайдерам Internet и IP-сетей предложить своим клиентам гибкую шкалу услуг; гарантировать мультимедийным при­ложениям и приложениям для обработки звука нужную полосу пропускания и минимальные задержки, а также соответствующее качество обслуживания других приложений, использующих этот канал, не мешая прохождению важ­ного трафика. Методы поддержки QoS в пакетных сетях и IP-сетях уже существуют, они сохраняют невысокую часть стоимости инфра­структуры сетевых магистралей.

Абонента интересуют те аспекты качест­ва услуги, которые он может реально оценить, поэтому выделены три ключевых параметра:

задержка;

ва­риация задержки;

вероятность потери информации.

Ранее в рекомендациях МСЭ-Т присутствовал принцип равен­ства всех абонентов в отношении QoS. В настоящее время предложены четыре класса QoS (табл.6.1), которые различаются по: коэффициенту потери обязательных кадров (FLRc); времени переноса кадра (FTD); дрожанию времени переноса кадра (FDJ).

Механизмы QoS должны обеспечи­вать реализацию таких функций: управление ресурсами сети, то есть управление полосой пропускания и сетевыми устройствами;

возможность работы в глобальной сети;

эффективное использование сете­вых ресурсов при помощи инстру­ментов менеджмента и тарификации для регулирования трафика; управление и контроль параметров QoS, позволяющие обеспечи­вать клиентам различные уровни обслуживания; эффективное использование ресурсов сети для различных приложений, критичных к используемым ресурсам.

Для предоставления услуг IP-телефонии необходимо обес­печивать контроль и управление качеством обслуживания на границе местной сети, на границе ма­гистральной сети и в магистралях се­тей. Причем на каждом из этих участ­ков могут быть задействованы раз­личные механизмы QoS. Основ­ная задача магистральной сети - максимально быстрая передача дан­ных (в соответствии с их классом) и предотвращение перегрузок. На пограничные устройства возлагаются задачи классификации трафика и четкого выполнения пра­вил его обработки (policing). Организация службы QoS предполагает создание единого сетевого механизма управле­ния правилами назначения приорите­тов и распределения сетевых ресурсов.

Способность сети обеспечивать различные уровни обслуживания, запрашиваемые разными сетевыми приложениями, наряду с контролем характеристик производительности (полосой пропускания, задержкой/дрожанием и потерей паке­тов) обычно классифицируется по трем категориям: негарантированная доставка данных (best-effort service); дифференцированное обслуживание (differentiated service); гарантированное обслуживание (guaranteed service). Негарантированная доставка данных не является частью QoS из-за отсутствия гарантии качества обслуживания и гарантии обеспе­чения доставки пакетов. Она предусматривает отбрасывание пакета только в случае переполнения буфера входной или выходной очереди маршрутизатора.

Таблица 6.1 - Определение классов обслуживания

Дифференцирование обслуживание, называемое мягким QoS (soft QoS) или обслуживанием по схеме CoS, предполагает разделение трафика на классы, каждый из которых имеет свой приоритет. В схеме CoS каждый класс трафика дифференцируется и обрабатывается сетью в соответствии с заданными для этого класса механизмами QoS.

Само по себе дифференцированное обслуживание не предполагает обеспечения гарантий предоставляемых услуг. Его удобно применять в сетях с интенсивным трафиком, когда важно обеспечить отделение администра­тивного трафика сети от всего остального трафика и назначить ему приоритет, позволяющий быть уверенным в связности узлов сети.

Гарантированное обслужива­ние, называемое жестким QoS (hard QoS), предполагает предварительное резервирование сетевых ресурсов с целью удовлетворения специфических требований к обслуживанию со стороны потоков трафика. Так, приложениям Intenet-телефонии понадобится канал передачи информации с пропускной способностью как ми­нимум 8 Кбит/с и со значением задержки подтверждения приема, равным 100 мс. Гарантированного обслуживания требуют муль­тимедий-ные приложения, проводящие передачу речевой информации и видео­изображений. Чтобы удовлетворить подобные требования к гарантированному обслужи­ванию, сеть должна обладать запасом ресурсов.

Протокол IP имеет средства задания приоритетов для се­тевого трафика. Каждый IP-пакет имеет поле "тип сервиса" (Type of Service — ToS), состо­ящее в свою очередь из двух частей, ис­пользуемых для установления уровня приоритет­ности пакета и для определения класса (типа) обслужи­вания, предпочтительного для данно­го пакета. Первая часть поля ToS позволяет устанавливать для IP-трафика те же восемь уровней приоритета, что и специфи­кации технологий Ethernet (802.1Q, 802.1р). Поэтому можно одно­значно отображать информацию о приоритетах кадров Ethernet и пакетов IP, реализуя сквозную обработку приоритетного трафика, передаваемого из одной сети Ethernet в другую через распределенную сеть IP или инфраструктуру поставщика услуг сети Internet. Другая часть поля ToS позволяет ад­министратору сети осуществлять ин­дивидуальную маршрутизацию каж­дого пакета в соответствии с особен­ностями содержащихся в нем данных. Сетевые администраторы, управля­ющие сложными сетями с множест­вом маршрутов, могут использовать биты определения типа обслуживания в сочетании с протоколами маршрути­зации для создания специальных служб мар­шрутизации. Например, пакеты уров­ня обслуживания low latency ("низкая задержка") можно посылать не по спутниковому каналу, а по высоко­скоростной волоконно-оптической линии, тогда как "неприхотливый" трафик (класс low cost) можно напра­вить по сети Internet, а не через сеть на основе выделенных каналов связи. Комбинируя значения функций "тип обслуживания" и "приоритет" в поле ToS, можно задавать режимы обработки пакетов с конкрет­ными типами данных. Главной задачей под­хода diffserv является определение и соответствующая маркировка стандартизированного байта дифференцированной услуги (DS) в байте типа обслуживания ToS из заголовка пакета IP Version 4 и байта класса трафика (Traffic Class) пакета IP Ver­sion 6. От этого зависит принятие решения о продвижении пакета данных на каждом промежуточном узле (per-hop behavior — РНВ). Существуют две стандартные РНВ - политики: немедленной пере­дачи (EF РНВ); гарантированной доставки (AF РНВ).

Важной особенностью под­хода diffserv является следующее. Уровень потери трафика на сетевом узле определяется используемой РНВ – политикой, которая должна быть применена к пакету на основе хранящегося в нем значения поля кода дифференциро­ванной услуги. Кроме того, пограничные узлы выполняют важ­ную функцию формирования поступающего трафика. Формирование трафика включает в себя классификацию пакетов и ограничение трафика, и обычно выносится на входной интерфейс поступающих пакетов. Формирование играет решающую роль в управлении посту­пающим трафиком, поскольку в этом случае для каждого пакета сеть может определить соответствующую ему РНВ - политику.

Параметры качест­ва пре­доставление услуги IP-телефонии должны проверяться на соответст­вие нормам РД "Телематические службы" (РД 45.129-2000), которые представлены в таблице 6.2. Опера­тор связи вправе выбрать класс качества обслуживания, но измеренные характеристики качества IP-телефонии должны быть не хуже заданных характеристик. Эффективность управления потоками трафика телефонии зависит от точности и своевременности оценки качества обслуживания вызовов по направлениям связи. Целью измерения интенсивности телефонной нагрузки и наблюдения за использованием компонентов сети является формирование данных, на основании анализа которых могут активизироваться различные методы оперативного управления системой коммутации для защиты от перегрузок, а также формирование данных для проектирования сети и долгосрочного планирования работы систем коммутации.

Таблица 6.2 -Классы качества обслуживания при передаче речевой информации (РД 45 129-2000)

Оценить качество передачи речи по IP-сети можно по формуле:

R = 94,3 –Id –Ie, (6.1)

где Id –фактор задержки; Ie – фактор оборудования.

Известно, что при потерях 1-2% пакетов и задержках более 150 мс ка­чество речи в IP-канале с низкоскоро­стными кодеками падает ниже порога R=70.

Литература

1. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи// Учебник для вузов. - СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2010. - 400с.

2. Степанова И.В.Системы беспроводного широкополосного абонентского доступа. Учебное пособие.МТУСИ. – 2011. – 78 с.

3. Степанова И.В Системы широкополосного абонентского доступа. Учебное пособие. МТУСИ – 2010. – 74 с.

4 Степанова И. В. «Вопросы построения и проектирования систем беспроводного широкополосного доступа технологий WiFi и Mesh». Учебное пособие. – МТУСИ, 2015.

5. Нормативно – правовые документы Министерства связи и массовых коммуникаций Российской Федерации – www. minsvyaz.ru.

6. Рекомендации Международного союза электросвязи – ITU-T – International Telecommunication Union – Telecommunication standardization sector – Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи –МСЭ-Т - http://www.rfcmd.ru/sphider/docs/ITU-T/ITU-T_Rec_List_A-Z_ANO_E.htm.

7. Рекомендации Европейского института стандартизации телекоммуникаций - ETSI - European Telecommunications Standards Institute - www.etsi.org.

8. Документы инженерной рабочей группы Интернет – RFC IETF – Request For Comment - Internet Engineering Task Force - rfc.com.ru.

9. Э.Дальман, А.Фурускар, И.Ядинг. Радиоинтерфейс LTE в деталях. – Сети и Системы связи, 2008, № 9. – с.12-18.

10. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. – М.: Техносфера, 2005. 140 с.

11. Moray Rumney. 3GPP LTE: Introducing Single-Carrier FDMA. – Agilent Measurement Journal, 2008, № 4, p. 18–27.

12. Гельгор А.Л., Попов Е.А. Технология LTE мобильной передачи данных, СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011.- 164 с.

13. Крейнделин В.Б., Л.А. Варукина., Е.Н. Воронков. Методические указания по дисциплине «Технологии беспроводных сетей передачи данных», Москва,2011г.-64 с.

14. Решение Государственной комиссии по Радиочастотам № 11-12-02
«Об использовании радиочастотного спектра радиоэлектронными средствами стандарта LTE и последующих его модификаций», 2011г.

15. Скрынников В.Г. Радиоподсистемы UMTS/LTE. Теория и практика – М.: Издательство «Спорт и Культура-2000».2012 г

16. 3GPP TR 23.882. 3GPP System Architecture Evolution: Report on Technical Options and Conclusions (Release 8). – 3GPP, 09.2008.

17. Приказ МИНКОМСВЯЗИ РФ от 06.06.2011 №130 «Об утверждении правил применения оборудования коммутации сетей подвижной радиотелефонной связи», часть VII.

18. Бабаков В. Ю., Вознюк М. А., Михайлов П. А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. Учебное пособие для ВУЗов. – М: Горячая линия – Телеком, 2007. -64 с.

19. РД 45.162-2001. Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования.

20. LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation / 3GPP Technical Specification 36.211 v 9.1.0, March, 2010.