Расчет структурно-сетевых параметров мультисервисных сетей телекоммуникаций

Для маршрутизации в пакетах  используют так называемые идентификаторы пакета. Они бывают двух видов:

- VPI (англ. virtual path identificator) – идентификатор виртуального пути (номер канала);

- VCI (англ. virtual connect identificator) – идентификатор виртуального соединения (номер соединения).

Преимущества АТМ не ограничиваются вертикальным рынком. Сегодня организации  могут связать через магистрали АТМ свои компьютерные серверы. Можно  ожидать и достаточно широкого использования  АТМ в настольных компьютерах  при работе пользователей с большими объёмами данных или использовании  критичных к задержкам приложений.

АТМ позволяет не только организовать ЛВС, но  может обеспечить передачу голосового и видео –  трафика. Такое решение позволяет  использовать настольные системы видеоконференций и приложений multimedia.

 

2. Структурная организация мультисервисной сети

 

Под топологией сети принято  понимать конфигурацию связей графа, интерпретирующего  структуру сети. При анализе топологии  сети принято оперировать понятиями: «вершина», «ребро», «маршрут», «средняя длина маршрута», «диаметр» графа, «связность» и т.п.

Под маршрутом понимают конечную последовательность инцидентных ребер, соединяющих рассматриваемые вершины i и j. Средняя длина маршрута (среднее расстояние  между вершинами   графа)    представляет собой отношение суммарной (в числе ребер) длины всех маршрутов к числу маршрутов.

Средняя длина маршрута (среднее  расстояние между вершинами графа) представляет собой отношение суммарной (в числе ребер) длины всех маршрутов  к числу маршрутов. Последняя  величина для неориентированного графа  равна n(n-1)/2 и для ориентированного  n(n-1), где n - число вершин графа. Кратчайший маршрут (КрМ) – тот, для которого сумма весов составляющих его ребер принимает наименьшее значение.

В зависимости от задачи в качестве весов могут быть выбраны  стоимость, длина, число транзитов  и т. п. Диаметр графа –  длина  наибольшего (в числе ребер) КрМ  для данного графа. Связность  графа (в данной работе) –  число  непересекающихся но вершинам маршрутов  между любой парой вершин.

Существует большая группа структурных характеристик, включающая вероятность:

- нарушения связи (средневзвешенная) между каждой парой узлов;

- распада графа на изолированные  фрагменты; 

- существования хотя бы  одного пути между парой вершин  в условиях воздействия препятствующих  факторов (отказов, повреждений,  перегрузок и т.п.).

Определим понятия надежности и живучести, которые связаны  с работоспособностью СС во времени. Их различия обусловлены прежде всего  различиями причин и факторов, нарушающих нормальное функционирование сети, и  характером нарушений.

Надежность СС – свойство обеспечивать связь, сохраняя во времени  значения установленных показателей  качества в заданных условиях эксплуатации. Надежность отражает влияние на работоспособность  сети главным образом внутрисистемного фактора – случайных отказов  техники, вызываемых физико-химическими  процессами старения аппаратуры, дефектами  технологии ее изготовления или ошибками обслуживающего персонала.

Живучесть характеризует  устойчивость СС против действия внешних  причин.

 Различия в причинах  нарушения связи обуславливают  существенные отличия в проявлении, характере и масштабности нарушений  связи, их продолжительности,  путях и  способах устранения  и повышения устойчивости системы.  Если поток случайных отказов  техники приводит к нарушению  лишь отдельных связей и обладает  свойством ординарности (когда вероятность  одновременного отказа нескольких  связей пренебрежимо – мала), то нарушения работы системы  указанными выше факторами живучести  обладают существенно иными свойствам.

Следует иметь в виду и  неодинаковую погрешность исходных данных для оценки надежности и живучести  СС. По эксплуатационно-техническим  отказам техники и линий связи  имеется сравнительно обширный статистический материал, но научных основ прогнозирования  стихийных факторов недостаточно. И  хотя достоверность исходных данных по надежности техники связи представляет пока известную проблему, их точность несравненно выше точности исходных данных для анализа живучести  СС. Поэтому оценка живучести СС может быть лишь приближенной, ориентировочной.

В практике топологического  проектирования принято разделять  древовидные, распределенные и иерархические  топологии сетей.

Древовидные сети интерпретируются графами без петель и циклов. Для  n – вершинного дерева имеется (n – 1) ребро. Последнее обстоятельство упрощает проектирование древовидных сетей, поскольку в них между каждой парой вершин существует единственны путь. Различают корневые и бескорневые деревья. Примером первого может служить радиальная связь (PC) («звезда»), а последнего – кратчайшая связывающая сеть (КСС) (рисунок 2).

Сети с распределенной структурой представляются произвольными  связными графами, описывающими широкий  спектр структур, начиная с петлевой (ПС_Т), и кончая полносвязной сетью (ПСС). К этому классу могут быть отнесены решетчатые структуры (РШ), сотовые структуры и т. п. Реальные ИЦСС имеют обычно структуру, являющиеся комбинацией некоторых элементарных.

 

Рисунок  2 –  Типы структур:

а) –  звезда, б) –  кратчайшая связывающая сеть, в) –  петлевая,

г) – неравномерно связная, л) – полносвязная, с) – решетчатая,

ж) – равномерно 3 – связная, з) – сотовая, и) – равномерно k-связная.

Сейчас общепризнано, что  экономично построенная сеть большого масштаба является иерархической. Иерархическая  ИЦСС представляется композицией внутриуровневых  и межуровневых подсетей, обозначенных индексами r, r=1,R и (r,r+1), r=R-1 соответственно. Изображенная на рисунок 3  ИЦСС имеет в первой ступени иерархии телефонные аппараты (ТА), абонентские пункты (АП) и ЭВМ.

 

 

Рисунок  3 - Иерархическая  структура

Организация структуры но иерархическому принципу позволяет: упростить  описание сети, способствующее в свою очередь упрощению их оптимизации; обеспечить для каждой зоны максимальное замыкание нагрузки; уменьшить общее  число узлов и сократить протяженность  сети; достичь определенной экономии стоимостных ресурсов.

Однако при оптимизации  иерархических ИЦСС приходится сталкиваться с проблемами поиска компактных форм описания данных о местоположении оконечных  пунктов (ОП) и тяготении между  ними; сложности учета дополнительного  влияния на процесс доставки со стороны  подсистем технического обслуживания (ТО) и управления; поиска эффективных  алгоритмов оптимизации иерархических  структур. Это объясняется сложностью проведения декомпозиции и группирования, дискретным характером и взаимозависимостью частных задач, многопараметричностью, многоэкстемальностью и большой  размерностью исследуемых функционалов.

 

 

 

 

 

2 СТРУКТУРНАЯ  ОРГАНИЗАЦИЯ СЕТИ IP

  2.1 Основные понятия IP телефонии  и виды строения сетей IP телефонии

 

IP-телефония – это технология, позволяющая использовать Интернет  или любую другую IP-сеть для  ведения международных, междугородных  или других телефонных разговоров  и передачи факсов в режиме  реального времени. Для организации  телефонной связи по IP-сетям используется  специальное оборудование – шлюзы  IP-телефонии. Каждый шлюз должен  быть соединен с телефонным  аппаратом или абонентской линией  АТС, пользователи которых будут  являться абонентами IP-шлюза.

Для того, чтобы осуществить  междугородную (международную) связь  с использованием технологии IP-телефонии, организация или оператор услуги должны иметь по шлюзу (или IP-телефону) в тех местах, куда и откуда планируются  звонки. Стоимость такой связи  на порядок меньше стоимости телефонного  звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для  международных переговоров. IP-телефония  опирается на две основных операции: преобразование (сжатие) речи внутри кодирующего/декодирующего  устройства (кодека) и упаковку в  пакеты для передачи по IP-сети. В IP-телефонии  используется особая система передачи пакетов со звуковой информацией, что  обусловлено спецификой передачи данных по IP-сетям.

В традиционных телефонных линиях между абонентами во время  разговора создается канал, чем  обеспечивается фиксированная пропускная способность для передачи сигнала. В то время, как IP-сеть представляет собой систему, реализующую принцип  коммутации и маршрутизации пакетов. IP-сеть не предоставляет гарантированного пути между точками связи, вся  передаваемая информация (голос, текст, изображения, и т.п.) разделяется  на пакеты данных, имеющие в своем  составе адреса точек назначения (приема и передачи) и порядковый номер. Узлы IP-сети направляют эти пакеты по сети до окончания маршрута доставки. После прибытия пакетов к точке  назначения, для восстановления исходного  объема упорядоченных данных используются порядковые номера пакетов. Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, таких как e-mail, время  задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения.

IP-телефония является  одной из областей передачи  данных, где важна динамика передачи  сигнала, которая обеспечивается  современными методами кодирования  и передачи информации. При передаче  в режиме реального времени  до 30% пакетов могут быть утеряны  или получены с опозданием (что  в режиме реального времени  одно и то же). Хорошее приложение IP-телефонии должно возместить  нехватку пакетов, восстановив  потерянные данные. Сам алгоритм  кодирования речи также оказывает  влияние на восстановление данных. Для кодирования звуковой информации  обычно используются следующие кодеки: G.711, G.722, G.723, G.723.1, G.726, G.728, и G.729.

Сеть IP-телефонии представляет собой совокупность оконечного оборудования, каналов связи и узлов коммутации. Сети IP-телефонии строятся по тому же принципу, что и сети Интернет. Однако в отличие от сетей Интернет, к  сетям IP-телефонии предъявляются  особые требования по обеспечению качества передачи речи. Одним из способов уменьшения времени задержки речевых пакетов  в узлах коммутации является сокращение количества узлов коммутации, участвующих  в соединении. Поэтому при построении крупных транспортных сетей в  первую очередь организуется магистраль, которая обеспечивает транзит трафика  между отдельными участками сети, а оконечное оборудование (шлюзы) включается в ближайший узел коммутации (рис. 1.).

 

Рисунок 1- Пример построения сети IP-телефонии с использованием магистрали

Для связи между устройствами внутри сети и с устройствами других сетей IP-телефонии используются выделенные каналы или сеть Интернет. По способу  связи оконечных устройств между  собой сети IP-телефонии можно  разделить на выделенные, интегрированные и смешанные.

В выделенных сетях (рис. 2) связь между оконечными устройствами осуществляется по выделенным каналам, и пропускная способность этих каналов используются только для передачи речевых пакетов.

Главное преимущество выделенной сети - это высокое качество передачи речи, так как такие сети предназначены  только для передачи речевого трафика. Кроме того, для обеспечения гарантированного качество предоставляемых услуг  в этих сетях, кроме протокола IP, применяются и другие транспортные протоколы: ATM и Frame Relay.

Рисунок 2 - Пример построения выделенной сети IP-телефонии

В интегрированных сетях IP-телефонии для связи между устройствами используется глобальная сеть Интернет (рис. 3). Это может быть уже существующая собственная сеть или доступ к сети Интернет через провайдеров. Если оператор имеет собственную сеть Интернет, то для предоставления услуг IP-телефонии он лишь устанавливает дополнительное оборудование, которое обеспечивает преобразование речи в данные и наоборот, и модернизирует уже имеющееся оборудование, чтобы обеспечить качество предоставляемых услуг. Если оператор IP-телефонии пользуется услугами провайдеров Интернет, то качество услуг такой сети может быть низким, так как обычные сети Интернет не рассчитаны на передачу информации в реальном масштабе времени.

Рисунок 3 - Пример построения интегрированной сети IP-телефонии

По разным причинам операторы  сетей IP-телефонии для объединения  своих устройств в сети могут  использовать выделенные каналы и сеть Интернет. Такие сети называются сетями смешанного типа (рис. 4.). Вопрос о том, какие каналы использовать для связи устройств между собой, решается оператором индивидуально в зависимости от возможностей.

Рисунок 4 - Пример построения смешанной сети IP-телефонии

По своему масштабу все  сети IP-телефонии можно разделить  на международные, региональные и местные.

Международная сеть IP-телефонии имеет точки своего присутствия в нескольких странах и обеспечивает терминацию трафика практически в любую точку мира при минимальном использовании телефонной сети общего пользования. Чаще всего, международные сети не работают с конечными пользователями, а предоставляют свою пропускную способность другим сетям. Главной задачей международных сетей является транзит трафика между сетями различного уровня. При построении международной сети в первую очередь строится мощная магистраль, имеющая большую пропускную способность. Международные сети строятся с использованием выделенных каналов и на базе уже существующих сетей Интернет.В отличие от международной сети национальная сеть имеет точки своего присутствия в одной или, в крайнем случае, в нескольких близлежащих странах и обслуживает абонентов и местных операторов только этого региона. С помощью заключения договоренности с международными сетями национальная сеть предоставляет своим абонентам и другим местным сетям возможность терминации вызовов в любую точку мира.Чаще всего, национальные сети строятся национальными телекоммуникационными компаниями с использованием уже существующей инфраструктуры, поэтому большая часть национальных сетей IP-телефонии являются интегрированными сетями.Местная сеть IP-телефонии предоставляет возможность абонентам местной телефонной сети и частным компаниям воспользоваться услугами IP-телефонии. В основном, операторы местных сетей являются провайдерами доступа к сети IP-телефонии. Чаще всего, их сети имеют всего один шлюз, подключенный к более крупным сетям через сеть Интернет или по выделенным каналам.