Методические указания по выполнению проекта

Рассмотрим для примера расчет производительности корпоративной сети. Пусть в некоторой небольшой компании работает 100 человек. Необходимо рассчитать достаточный канальный ресурс, если все сотрудники используют IP-телефонию с кодеком G.729, просмотр веб-страниц и передачу файлов со средней скоростью потока 1 Мбит/с. Также 3 сотрудника из состава руководства используют видеоконференцсвязь, при этом скорость потока в одном направлении 320 кбит/с.

Если решать поставленную задачу с гарантированным сервисом, то необходимый ресурс:

- для предоставления IP-телефонии:

8 × 2 = 16 (кбит/с) – необходимый ресурс для организации двунаправленного соединения. В случае, если все сотрудники разговаривают между собой одновременно внутри сети, получаем 16 × 50 = 800 (кбит/с). Для организации оповещения сотрудников необходимо 8 × 100 = 800 (кбит/с).

- для предоставления видеоконференцсвязи:

в случае проведения видеоконференцсвязи между руководителями необходимый ресурс 320 × 2 × 3 = 1920 (кбит/с)

- для предоставления передачи данных:

100 × 1 = 100 (Мбит/с)

- всего для реализации внутри сети: 100×1024 + 1920 + 800 = 105120 кбит/с или приблизительно 1, 06 Гбит/с.

Проведем анализ полученного результата. Во-первых, требуемая пропускная способность корпоративной сети чуть больше 1 Гбит/с, что превышает значения производительности популярного стандарта Ethernet. Во-вторых, расчет показывает ресурс, необходимый на прикладном уровне, в то время как служебная информация и протокольная избыточность увеличивают требования к канальному уровню минимум на треть. Таким образом, если обеспечивать жесткое резервирование ресурсов, то необходимая пропускная способность такой сети должна быть около 1,5 Гбит/с. Это неудобно, так как требует разработки оригинальных топологических решений и установки дополнительного оборудования.

Попробуем решить задачу с использованием теории телетрафика. Известно, что каждый из видов трафика Triple Play может быть описан моделью Кендалла:

· IP-телефония – M/M/v/k

· Видео – LN/M/v/k/n

· Передача данных – P/P/v/k

Приняты следующие обозначения законов распределения поступления и обработки заявок: М – Пуассон, LN – логнормальный, Р – Парето.

Учитывая, что все потоки трафика передаются по одной сети, примем количество обслуживающих приборов v равное количеству портов коммутационного оборудования и зависящее от топологического решения сети. Длина очереди k пусть равна v.

Таким образом, для рассматриваемого примера:

v = 100; k = v = 100

Количество источников нагрузки n равно количеству пользователей каждого вида сервисов: n = n_телеф + n_видео + n_пд = 203

Уровень потерь для мультимедийного трафика реального времени в случае предоставления хорошего качества услуг не должно превышать 1%, для трафика передачи данных 2%, для удовлетворительного соответственно 2% и 3%. Задержки не будем принимать во внимание, считая, что превышение задержки для мультимедийного трафика приведет к потере, а трафик передачи данных не чувствителен к задержкам.

В своих расчетах будем стремиться предоставить пользователям услуги хорошего качества.

Для расчета каждого из видов сервисов можно воспользоваться следующими выражениями:

- вероятность потерь в узле:

- вероятность потерь в сквозном соединении:

P_e2e = 1 – (1 – P_loss )(1 – P_ter),

где С_а – квадратичный коэффициент вариации поступления заявок, С_s – квадратичный коэффициент вариации обслуживания заявок, r - загрузка системы (максимально необходимый канальный ресурс согласно IntServ, полученный ранее), P_ter – потери из-за превышения задержки в сети, примите по умолчанию 0.

Требуемые значения коэффициента вариации С_а и С_s для различных законов приведены в Приложении. Обратите внимание, что необходимо провести нормировку: загрузка системы – это производительность сети, принятая за 1, следовательно, для расчета необходимого ресурса: r_i × С_i, где С_i – канальный ресурс i-того сервиса.

В рассматриваемом примере три вида трафика: IP-телефония и видеоконференцсвязь относятся к сервисам реального времени и должны обеспечивать потери в сквозном соединении не более 1% потерь, а передача данных 2%. Учтем, что сеть имеет глубину два уровня и потери в сквозном соединении P_e2e = 0,01 = 1 – (1 – P_loss1 )(1 – P_loss1). Примем, что P_loss1 = P_loss2, следовательно, потери на узле не должны превышать 0,5%.

Тогда получим выражение для расчета ресурса, необходимого для предоставления IP-телефонии:

,

откуда получим значение нагрузки r_телеф для данного сервиса. Рассуждая аналогично, получим значения нагрузки r_видео для видеоконференцсвязи и r_пд для передачи данных.

Рассчитаем необходимый канальный ресурс:

S(r_i × С_i) » r_телеф ×800 + r_видео × 1920 + r_пд × 102400.

На практике необходимо не только уметь рассчитать необходимый ресурс, но и соотнести его с возможностями оборудования. Для этого проводится анализ рынка телекоммуникационного оборудования и выбирается модель в соответствии с заданными параметрами. В рассматриваемом примере технология Ethernet 1G, компания должна поддерживать три вида услуг, значит, необходимы управляющие коммутаторы с поддержкой QoS. Сеть таких небольших компаний реализуется на витой паре, следовательно, оборудование должно иметь поддержку электрических портов. Если рассчитываемая сеть оператора уровня района города, то возможна реализация на ВОЛС, и выбранное оборудование должно поддерживать оптические порты. Общее количество портов должно превышать заявленное количество пользователей: при монтаже кабельной системы сети связи организуются соединения не только между оконечным оборудованием пользователя и коммутаторами, но и между коммутаторами (топология дерево) и коммутаторами и ядром сети.

В курсовом проекте необходимо представить по крайней мере три варианта подходящего оборудования. Технические характеристики предлагаемого оборудования вынести в Приложение.

При разработке рекомендаций по использованию механизмов Traffic Engineering учитывается приоритезация мультимедийного трафика: для IP-телефонии и видеоконференцсвязи выставляется более высокий приоритет (например, 5) перед трафиком передачи данных (по умолчанию 3). Для того, чтобы оборудование могло адекватно обрабатывать высокоприоритетные потоки, настраиваются механизмы обслуживания очередей. В курсовом проекте нужно выбрать (приоритетные очереди или WFQ) и аргументировать выбор. Корпоративные сети и сети уровня района города склонны к явлению глобальной синхронизации, поэтому необходимо предусмотреть механизмы профилирования трафика. В зависимости от типа оборудования можно использовать алгоритм дырявого ведра или алгоритм RED. В курсовом проекте поясните, какой из механизмов профилирования выбран, аргументируйте этот выбор, докажите, что он поддерживается рекомендуемым оборудованием.

Литература

1. Основы телетрафика мультисервисных сетей/ Степанов С.Н.. - М.: Эко-Трендз, 2010-392 с.

2. Качество обслуживания в сетях связи : научное издание / Ю. Ф. Кожанов ; рец.: Н. А. Соколов, Ю. В. Юркин ; Федеральное агентство связи, Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича". - СПб. : СПбГУТ, 2014. - 160 с.

Приложение

1. Основные кодеки IP-телефонии и их показатели качества

2. Некоторые видеокодеки и их показатели качества

3. Значения коэффициента вариации для различных законов распределения