Курсовая работа (т): Анализ и оптимизация цифровых сетей интегрального обслуживания

Анализ и оптимизация цифровых сетей интегрального обслуживания

Содержание

Введение

. Постановка задачи

. Методика решения задачи

2.1 Расчет среднего времени доставки пакета для каждого вида информации

2.2 Расчет структурных параметров

. Сравнение двух структур

Заключение

Литература

Введение

Интегрированная передача голоса и данных важна для разработки как провайдерских, так и корпоративных сетей. Провайдеров привлекает низкая стоимость - в настоящее время стоимость передачи голосовых пакетов составляет от 20 до 50% стоимости передачи по обычным аналоговым голосовым каналам. Разработчики корпоративных сетей заинтересованы в уменьшении затрат, связанных с уплатой пошлин и с транзитной коммутацией. И те, и другие заинтересованы также в так называемой "неявной" экономии, получаемой за счет удешевления обслуживания и более эффективного контроля и управления сетью. Наконец, пакетные голосовые системы открывают доступ к новым, улучшенным службам, таким как UnifiedMessaging и управление, приложениями, а те, в свою очередь, обещают повышение производительности труда пользователей и более разнообразное обслуживание.

В последние годы, благодаря взаимодействию сторон, обеспечивающих спрос и предложение, развитие технологий интегрированной передачи голоса и данных значительно ускорилось. Потребители увеличивают инвестиции в сетевую инфраструктуру, чтобы воспользоваться преимуществами интегрированных приложений, в том числе и голосовых. Производители получили возможность воспользоваться научными достижениями во многих областях, в частности в тех, которые связаны со стандартами, технологиями и производительностью

Стандарты

Многие стандарты для взаимодействия при передаче голосовых сигналов были ратифицированы и доведены до приемлемой функциональной совместимости. Это уменьшает риск и затраты, с которыми сталкиваются производители компонентов систем интегрированной передачи голоса и данных. Уменьшается и риск потребителя. Такие стандарты, как №325 (утвержденный ITU в июне 1996 г.), в настоящее время проходят третью и четвертую редакцию (по состоянию на 2006 год), а ранее созданные продукты, хотя и основаны на первоначальных стандартах, тем не менее обладают обширными возможностями и функциональной совместимостью. В свою очередь, общая законченность стандартов привела к появлению надежных стеков протоколов, которые можно приобрести "со склада" у поставщиков, еще более повысив гарантии функциональной совместимости.

Технология

Недавние технологические достижения также сделали возможной интегрированную передачу голоса и данных. Например, новая технология процессора цифровых сигналов (DigitalSignalProcessor - DSP) позволила обрабатывать аналоговые сигналы в цифровых доменах, что еще нескольколет назад было затруднительно, если вообще возможно. Эти новые мощные микросхемы работают с огромной скоростью, позволяя квантовать, оцифровывать и осуществлять сжатие голосовых данных в режиме реального времени. Дальнейшие технологические достижения позволяют одной микросхеме обрабатывать до четырех разговоров одновременно, и производительность продолжает повышаться. Такие технологии значительно уменьшают стоимость и сложность разрабатываемых продуктов, а также снижают затраты на внедрение систем интегрированной передачи голоса и данных.

В других областях промышленности также используются достижения технологий голосового кодека (кодера/декодера). Ранее предполагалось, что качество звука пострадает из-за почти линейного уменьшения полосы пропускания. Однако благодаря новым, более сложным алгоритмам, применяемым в современных кодеках, ситуация изменилась. В настоящее время существует возможность получать достаточно качественный звук при значительно меньшей, чем требовалась ранее, полосе пропускания. И, что наиболее важно, эти новые алгоритмы вошли в стандарты, обеспечив тем самым функциональную совместимость для передачи голосовых данных с высокой степенью сжатия данных.

Производительность сети

Кроме вышесказанного, следует отметить, что сетевые технологии передачи данных усовершенствовались до такой степени, что стали обеспечивать надежную передачу голосовых данных. В последние годы рост объема передачи голосовых данных был сравнительно невелик, в то время как объем передачи обычных рос экспоненциально. В результате во многих сетях в настоящее время объем обычных данных превышает голосовой. Кроме того, возросла относительная важность цифровых данных, так как предприятия и организации все чаще опираются в своей работе на повсеместное использование компьютерных сетей. Это повышение важности компьютерных сетей привело к коренным изменениям в способах проектирования, построения и управления такими сетями. Традиционное моделирование по принципу "негарантированной доставки" уступило место созданию усовершенствованных сетей, основанных на политиках, с управляемым качеством обслуживания, поддерживающих еще более широкий спектр приложений. Передача голосовых данных, как приложение в обычных компьютерных сетях, значительно выиграла от применения этих технологий. Например, поддержка чувствительных к задержкам SNA-данных по IP-сетям привела к совершенствованию управления задержками и установки приоритетов в очередях, что впоследствии было применено к передаче голосовых данных.

Как уже отмечалось, внедрение новых технологий и приложений во многом определяется спросом пользователей. Достижения технологии претворяются в жизнь, но только в том случае, если они удовлетворяют реальные потребности пользователей и не требуют неприемлемых для них затрат. Например, технологии цифровой аудиозаписи на ленту (DigitalAudio Таре - DAT) так и остались достоянием горстки любителей из-за своей высокой стоимости и лишь незначительного повышения качества воспроизведения по сравнению с аналоговыми лентами. Однако интегрированная передача голоса и данных предоставляет пользователю весьма реальные преимущества как в настоящее время, так и в будущем. Большинство пользователей этих технологий имеют двойную выгоду: уже сейчас цифровые технологии передачи голосовых пакетов дешевле аналоговых, а в будущем они будут обладать и большими возможностями, чем сегодняшние голосовые каналы.

Экономическая эффективность

По оценкам специалистов, затраты на сети пакетной передачи голоса составляют всего 20-30% соответствующих затрат на обычные голосовые каналы. Это касается как телефонных компаний (провайдеров), так и коммерческих (частных) пользователей. Отсюда следует логический вывод: для корпоративных пользователей службы удаленной передачи голосовых данных могут обходиться дешевле, чем междугородные звонки, и зачастую дело обстоит именно таким образом. Например, многие корпоративные пользователи внедрили технологии интегрированной передачи голоса вместе с обычными данными по распределенным компьютерным сетям между традиционными АТС, расположенными в различных городах. Экономия на междугородных переговорах часто окупает затраты уже через полгода (особенно если речь идет о международных звонках). Использование компьютерных систем в качестве "виртуальных связующих звеньев" между коммутаторами для передачи голоса полезно и для провайдеров служб. По этой причине, по мере дальнейшего развития их первичной сетевой инфраструктуры, многие из них начали использовать технологии пакетной передачи голоса.

Однако экономия от применения технологий пакетной передачи голоса не ограничивается только передачей. Благодаря использованию этих технологий коммутация телефонных звонков в домене компьютерной сети становится дешевле, чем при использовании обычных телефонных коммутаторов. Крупные предприятия с несколькими филиалами могут сэкономить средства за счет использования компьютерных сетей в качестве "транзитных коммутаторов" при маршрутизации звонков между АТС-станциями по принципу "call-by-call". Получающаяся структура голосовой сети проще администрируется и имеет надежную, неблокирующую коммутацию, в основе которой лежит компьютерная система.

Совершенствование приложений

Реальная экономия средств является достаточной причиной для внедрения технологий интегрированной передачи голоса и данных. Но есть и дополнительные преимущества, которые станут более очевидными в будущем. Благодаря интеграции голосовых и компьютерных приложений будет повышаться производительность труда пользователей. Интеграция компьютерной телефонии (ComputerTelephonyIntegration - CTI) была начата производителями АТС в 80-х годах XX века в целях внедрения компьютеров в АТС и применения таких новых функций, как "консультационный центр" (например экранные меню для агентов).

Однако по мере дальнейшей интеграции передачи голоса и данных, различий между голосовыми и цифровыми приложениями будет все меньше. Например, некоторые системы UnifiedMessaging уже сейчас позволили объединить голосовую почту, электронную почту и факсимильные сообщения в одну удобную систему. Их пользователи могут читать электронные письма по телефону и прилагать документы к голосовой почте. На уровне предприятия новые приложения, такие как виртуальные консультационные центры, позволяют помещать агентов в любой точке компьютерной сети, сохраняя все функции и свойства консультационного центра. Агенты даже могут получать вызовы на своих компьютерах вместо традиционных телефонных аппаратов, организовать "комбинированный консультационный центр" и отвечать на вопросы пользователей через Web, используя электронный чат и электронную почту наравне с телефонными звонками. Эти возможности выходят далеко за рамки обычной экономии. Они, безусловно, сделают работу организаций гораздо эффективнее и выгоднее.

Острая потребность в сетях с интегрированной передачей голоса и данных привела к различным вариантам решения этой проблемы, у каждого из которых есть свои преимущества и недостатки. Существует три основных подхода к этому вопросу:

передача голоса по сетям ATM;

передача голоса по сетям FrameRelay;

передача голоса по ІР-сетям.

Существуют также смешанные решения, в которых комбинируются варианты передачи голоса по IP, FrameRelay и т.д. Как показано на рисунке 1, передача голоса по сетям ATM и FrameRelay применяется в основном между АТС, а передача голоса по протоколу IP - между компьютерами. Подробнее эти механизмы будут рассмотрены ниже.

Рисунок 1-Смешанные варианты передачи голоса по сетям IP, FrameRelay

Современные технологии передачи голосовых данных

Передача голоса по сетям ATM (VoiceOverATM - VoATM) может осуществляться как стандартная эмуляция голосового канала с импульсно-кодовой модуляцией (AAL1, рассматривается ниже) или как передача голоса в ячейках ATM с переменной битовой скоростью (AAL2, также рассматривается ниже). Использование коммутации ATM имеет много преимуществ при передаче и коммутации голосовых данных. Прежде всего, это гарантированное качество обслуживания (QualityOfService - QoS), определяемое провайдером для пользователя или для каждого звонка в отдельности. Кроме того, в основе сигналов настройки вызова для коммутируемых виртуальных каналов ATM (SwitchedVirtualCircuits - SVC), Q.2931, лежат сигналы настройки вызова для голосового ISDN, Q.931. Администрирование сходно с обычными телефонными каналами.

Однако применение технологии VoATM страдает от излишней сложности, недостаточной поддержки и слабого взаимодействия между производителями. Наблюдается тенденция к удорожанию из-за ориентации исключительно на оптические сети. И, что наиболее важно, ATM обычно внедряется как протокол 2-го уровня распределенных сетей и потому не распространяется на всю сеть, вплоть до настольных ПК. Тем не менее, ATM достаточно эффективно выполняет функции магистрали и транзитного коммутатора между существующими голосовыми коммутаторами и АТС.

Передача голоса по сетям FrameRelay получила широкое распространение. Как и технология VoATM, она обычно применяется в качестве связующей магистрали или транзитного коммутатора между удаленными АТС. Ее преимущество заключается в более простом администрировании и в относительно невысокой по сравнению с VoATM стоимости, особенно при использовании в частных распределенных сетях. Ее масштабирование также экономичнее, чем у VoATM, благодаря поддержке различных каналов - от Т1 до 56 Кбит/с. Если сеть FrameRelay тщательно спроектирована, то технология VoFR работает очень надежно и обеспечивает высокое качество. Однако качество голоса в сетях FrameRelay может страдать из-за нестабильности и задержек. Несмотря на то, что требования к минимальной полосе пропускания и всплескам постоянно снижаются, нестабильность и задержки часто не включаются в соглашения об уровне обслуживания (ServiceLevelAgreements - SLA), заключаемые с провайдерами. В результате скорость передачи голоса непостоянна. Даже если поначалу качество удовлетворительно, со временем, по мере насыщения сети провайдера различными потоками данных, оно может ухудшиться. По этой причине многие крупные корпоративные потребители начинают указывать в своих требованиях к провайдеру допустимый уровень нестабильности и задержки вместе со средней пропускной способностью, обеспечиваемой сетью провайдера. В таких ситуациях обеспечивается высококачественная передача голоса по сети FrameRelay.

В последние годы начала внедряться передача голоса по IP-сетям. В отличие от передачи голоса по сетям FrameRelay и ATM, передача голоса по IP-сетям является решением 3-го уровня (сетевого). Она более значима и полезна, так как протокол IP распространяется вплоть до настольных персональных компьютеров. Это означает, что, кроме обеспечения основной магистральной связи и транзитной коммутации для АТС, технология VoIP может начать заменять АТС в качестве приложения. Как решение 3-го уровня, VoIP маршрутизируется и может прозрачно передаваться в любой сетевой инфраструктуре, включая сети FrameRelay и ATM. Из всех технологий пакетной передачи голоса для VoIP характерны, вероятно, наибольшие проблемы в обеспечении качества, потому что качество обслуживания при использовании этой технологии не гарантируется. Обычные приложения, такие как протокол TCP, работающие в IP-сетях, не чувствительны к задержкам. Они лишь должны повторно отправлять пакеты, потерянные из-за коллизий и перегрузок. Передаваемая речь более чувствительна к задержкам пакетов, чем к их потере. Кроме обычной перегрузки сети, качество обслуживания в сетях VoIP часто зависит от нижних уровней, которые не различают голосовые и цифровые потоки данных.

Далее рассматривается техническая база, используемая для среды ATM, а также форматы пятиоктетных заголовков, применяемых в методе передачи данных ATM.

Технологии ATM и B-ISDN

Режим асинхронной передачи данных (AsynchronousTransferMode -ATM) - это технология коммутации ячеек (фактически - аналог технологий коммутации пакетов данных, таких, как Х.25 и FrameRelay), позволяющая с высокой скоростью коммутировать фреймы фиксированной длины в сетевой инфраструктуре при настройке последней с параметрами QoS (QualityofService - качество обслуживания). Технология ATM позволяет передавать оцифрованный любым способом трафик с обеспечением приоритетов, что достигается использованием задержек при передаче ячеек и других специальных средств. Сеть ATM можно рассматривать как более усовершенствованную версию службы FrameRelay. Технология FrameRelay позволяет работать с фреймами, имеющими практически любую длину вплоть до 1 600 октетов, aATM - с ячейками, каждая из которых имеет одинаковую фиксированную длину размером 53 октета и включает в себя 5 октетов, которые содержат стандартный заголовок.

Корни ATM происходят из технологии, известной как B-ISDN (BroadbandISDN - широкополосная цифровая сеть с комплексным обслуживанием). Термин широкополосная в большой степени предполагает скорость передачи данных, превышающую таковую в цифровом канале передачи данных Т1, т.е. имеются ввиду все методы передачи данных, применяемые совместно с технологией ISDN, полоса пропускания которых превышает используемую для интерфейса основного уровня (PrimaryRateInterface - PRI). Сектор стандартизации Международного телекоммуникационного союза (TheInternationalTelecommunicationUnionTelecommunicationStandardizationSector - ITU-T) написал больше спецификаций, чем обычно используется для документирования какого-либо стандарта. Некоторые специфические аспекты технологии ATM защищены авторскими свидетельствами, и тем не менее специалисты имеют возможность изучать различные темы, указанные в этих рекомендациях. Аналогично, как для технологии FrameRelay создана ассоциация FrameRelayForum (FRF - форум FrameRelay), имеется и ассоциация ATMForum (AF - форум ATM), которая функционирует подобным образом. Иными словами, несмотря на то, что форум AF и не выпускает спецификаций стандартов как таковых, он публикует соглашения по реализации (ImplementationAgreements - IА), которые существенно влияют на стандарты.

При использовании технологии ATM может быть задействована вся полоса пропускания, которая нужна для решения определенной задачи. Многие специалисты согласны с тем, что выгоды при использовании среды ATM намного превосходят недостатки. Технологии передачи пакетных данных, применяемые при работе с синхронной оптической сетью (SynchronousOpticalNetwork - SONET), и другие подобные еще только развивающиеся стандарты в перспективе могут вытеснить технологию ATM в течение нескольких лет. Поскольку со временем технология передачи данных становится все более совершенной и можно проследить тенденцию реализации все большего количества процессов полностью за счет аппаратных средств, предположим, что в перспективе все механизмы коммутации ячеек в технологии ATM будут полностью внедрены на уровне аппаратных средств.