ПРОЕКТИРОВАНИЕ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ Пугин Владимирович Член-кор Академии

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ Пугин Владимирович Член-кор. Академии телекоммуникаций и информатики к. т. н. , доцент 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ n Часть 1. Мультисервисные сети как концепция предоставления инфокоммуникационных услуг ¡ ¡ n Часть 2 Актуальные задачи анализа и расчета мультисервисных сетей ¡ ¡ ¡ 2/10/2018 Смена парадигмы в телекоммуникациях Концепция «тройной услуги» Сеть связи следующего поколения (NGN) Стандарты сетей 3 G Показатели качества функционирования мультисервисных сетей Основы теории телетрафика мультисервисных сетей Теория мультисервисных сетей с одноадресными и многоадресными соединениями Мультисервисная сеть с потоковым и эластичным трафиком – задача «тройной услуги» Задачи маршрутизации трафика в мультисервисной сети © Пугин В. В. 2012 2

Часть 1 Новая парадигма в телекоммуникациях (1) Рекомендации МСЭ-Т Е. 360. 1: Мультисервисная сеть (Multiservice Network) – это «сеть, в которой разные классы услуг совместно используют ресурсы передачи, коммутации, организации очередей, управления и другие ресурсы данной сети» . 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 3

Часть 1 Новая парадигма в телекоммуникациях (2) Сеть связи следующего поколения (NGN) -концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг на базе универсальной транспортной сети и интеграцию с традиционными сетями связи. n Мультисервисная сеть - сеть связи, построенная в соответствии с концепцией NGN и отвечающая требованиям: n ¡ ¡ ¡ 2/10/2018 «мультисервисность» , как независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий; «широкополосность» , как возможность изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя; «мультимедийность» , как способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные видео, аудио); «интеллектуальность» , как возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг; «инвариантность доступа» , как возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии; «многооператорность» , как возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности. © Пугин В. В. 2012 4

Часть 1 Концепция тройной услуги (1) «Тройная услуга» (Triple Play Service) - предоставление абоненту (в рамках концепции NGN ) по выделенному широкополосному каналу услуг передачи речи, данных и видео: n. Услуги мультимедиа ¡ вещательное телевидение ¡ радио ¡ контент по запросу n. Интерактивные услуги ¡ телефония ¡ доступ в Интернет ¡ интерактивные игры 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 5

Часть 1 Концепция тройной услуги (2) Пример архитектуры сети «Triple Play» 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 6

Часть 1 Концепция тройной услуги (3) Режимы передачи трафика Одноадресный трафик Многоадресный трафик Потоковый трафик Телевидение, радио, видео трансляция культурных и спортивных событий, виртуальный кинозал Эластичный трафик 2/10/2018 Контент по требованию (в том числе видео по требованию Vo. D), телевидение со сдвигом по времени, телефония, видео телефония Обмен файлами, электронная почта, мгновенная передача сообщений, передача гипертекста Рассылка информационных материалов (например, биржевых сводок) или обновлений программного обеспечения выделенной группе пользователей © Пугин В. В. 2012 7

Часть 1 Сеть связи следующего поколения (1) Определение МСЭ-Т: «NGN (Next Generation Network) – широкополосная сеть пакетной передачи данных, на которой возможно предоставление телекоммуникационных услуг, транспортные технологии которой поддерживают Qo. S (Quality of Service) и управление услугами не зависит от нижележащих транспортных технологий. Пользователь не ограничен в выборе услуг, оказываемых на данной сети, и поставщика услуг, при этом услуги могут быть предоставлены пользователю повсеместно (мобильность в обобщенном смысле) и единообразно (для различных технологий доступа к сети). » 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 8

Часть 1 Сеть связи следующего поколения (2) Уровневая архитектура NGN n транспортный уровень - коммутация и прозрачная передача информационных потоков пользователей; n уровень управления коммутацией и передачей информации - обработка сигнальной информации, маршрутизация вызовов и управление потоками n уровень услуг и управления услугами - управление логикой услуг и приложений; распределенная вычислительная среда, обеспечивающая предоставление инфокоммуникационных услуг, управление услугами, создание и внедрение новых услуг, взаимодействие различных услуг 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 9

Функциональная модель NGN 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 10

Часть 1 Сеть связи следующего поколения (3) Архитектура. NGN 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 11

Часть 1 Сеть связи следующего поколения (4) Softswitch и протоколы сигнализации в NGN 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 12

Часть 1 Сеть связи следующего поколения (5) IP-телефония на базе Softswitch 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 13

Часть 1 Стандартизация сетей 3 G Разработка международных стандартов начата примерно в 1998 г. n МСЭ-Т: стандартизация NGN (рекомендации серии Y. XXX) в рамках ИК 13 n Международное партнерство «Мобильная связь третьего поколения» (3 GPP): стандартизация подсистемы IMS (IP Multimedia Subsystem), которая рассматривается в качестве ядра сети NGN n Европейский институт стандартов электросвязи (ETSI): стандартизация спецификаций и стандартов для мобильных сетей третьего поколения (Universal Mobile Telecommunication System, UMTS), МСЭ-Т – IMT 2000 (International Mobile Telecommunications) n Вклад IETF в NGN: разработка протокола SIP (Session Initiation Protocol), ставшего основой IMS, технология MPLS (Multi-Protocol Label Switching), протокол SCTP (Stream Control Transmission Protocol), технология SIGTRAN (Signaling Transport over IP), MEGACO, протокол Diameter 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 14

Часть 2 Концепция качества в NGN (1) Оценка качества в NGN производится на трех уровнях: n на уровне пользователя оценивается субъективное мнение человека, например субъективная оценка качества восприятия отдельного вида информации; n на уровне услуг оцениваются различные аспекты качества услуги, такие как скорость передачи данных, механизмы кодирования и др. ; n на транспортном уровне оценивается качество функционирования сети: задержки, потери, вариация задержки и т. д. 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 15

Часть 2 Концепция качества в NGN (2) Эталонная конфигурация показателей качества в NGN n n n 2/10/2018 качество восприятия (Qo. E – Quality of Experience) на уровне пользователя качество обслуживания (Qo. S – Quality of Service) на уровне услуг качество функционирования сети (NP – Network Performance) на транспортном уровне © Пугин В. В. 2012 16

Часть 2 Концепция качества в NGN (2) Показатели качества обслуживания (Qo. S) детализируются до уровня показателей качества функционирования сети (NP), которые могут быть определены, измерены или вычислены, а также контролируемы оператором сети связи. Способность сети к обработке трафика (Trafficability Performance) определяется, как способность предоставить ресурсы, необходимые для обеспечения передачи трафика заданного объема и опирается на три группы характеристик качества функционирования сети: n качество передачи (Transmission Performance) описывает уровень воспроизведения сигнала, предложенный телекоммуникационной системе, когда система находится в работоспособном состоянии; n надежность (Dependability) – собирательный термин, используемый для описания готовности и влияющих на нее факторов; n ресурсы и возможности (Resources and Facilities) включают в себя функции планирования (Planning Performance), обеспечения (Provisioning Performance) и администрирования (Administration Performance) качества функционирования сети 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 17

Часть 2 Концепция качества в NGN (2) Связь параметров Qo. S и NP (Рек. МСЭ-Т E. 800) 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 18

Часть 2 Концепция качества в NGN (3) Методы оценки показателей качества: n математическое моделирование n имитационное моделирование n измерения Методы анализа и расчета мультисервисных сетей: n «анализ» - построение и анализ математических моделей функционирования сетей n «расчет» - методы и алгоритмы, обеспечивающие вычисление вероятностно-временных характеристик моделей 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 19

Часть 2 Основы теории телетрафика МСС (1) Первая модель Эрланга вероятность блокировок предложенного потока вызовов Первая формула Эрланга или Вформула Эрланга 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 20

Часть 2 Основы теории телетрафика МСС (2) n Множество звеньев n Емкость звена n Множество классов одноадресных соединений n Маршрут соединения n Модель МСС с одноадресными соединениями (параметры модели) Требование к емкости n n 2/10/2018 Запросы на установления соединений k-класса образуют ПП интенсивности Время занятия соединений не зависят от моментов установления соединения и распределены по экспоненциальному закону со средним © Пугин В. В. 2012 21

Часть 2 Основы теории телетрафика МСС (3) Модель МСС с одноадресными соединениями в виде марковского процесса МП, описывающий функционирование сети Пространство состояний модели: Стационарное распределение вероятностей: Нормирующая константа: © Пугин В. В. 2012 22

Часть 2 Основы теории телетрафика МСС (4) Модель МСС с одноадресными соединениями (модель отдельного звена сети) n Вероятность блокировки установления соединения к-класса n Алгоритм Кауфмана-Робертса для отдельного звена сети емкости С , где 2/10/2018 h(c) ненормированная вероятность числа с занятых единиц емкости звена © Пугин В. В. 2012 23

Часть 2 Основы теории телетрафика МСС (5) Модель МСС с одноадресными соединениями (метод «просеянной нагрузки» ) n Предположение о независимости блокировок на звеньях сети n Приближенное значение вероятность блокировки соединения к-класса (1) n Вероятность блокировки запроса на установление соединения с маршрутом через l-звено, где В-формула Эрланга (2) 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 24

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (1) Основной принцип мультивещания А) Традиционная маршрутизация 2/10/2018 Б) Многоадресная маршрутизация © Пугин В. В. 2012 25

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (2) Параметры модели n Множество источников рассылки n Множество услуг n Множество физических путей n Множество звеньев пути n Требование к емкости n n 2/10/2018 Запросы на установления пути образуют ПП интенсивности Время занятия пути распределено по экспоненциальному закону со средним © Пугин В. В. 2012 26

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (3) Примеры деревьев мультивещания от 1 -источника 2/10/2018 от 2 -источника © Пугин В. В. 2012 27

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (4) Жизненный цикл логического пути 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 28

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (5) Модель в виде марковского процесса (1) МП состояния пути в момент t: или МП, описывающий функционирование сети Число занятых единиц емкости на l-звене Пространство состояний модели: © Пугин В. В. 2012 29

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (6) Модель в виде марковского процесса (2) Стационарное распределение МП , где © Пугин В. В. 2012 30

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (7) Модель в виде марковского процесса (3) Стационарное распределение МП где нормирующая константа © Пугин В. В. 2012 31

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (8) Модель отдельного звена сети n Вероятность блокировки пути n Алгоритм для отдельного звена сети, где g(m, c) ненормированная 2/10/2018 вероятность того, что m услуг занимают с единиц емкости звена сети © Пугин В. В. 2012 32

Часть 2 Модель МСС с многоадресными соединениями (9) Метод «просеянной нагрузки» n Предположение о независимости блокировок на звеньях сети n Приближенное значение вероятность блокировки (m, p, s)-пути (3) n Интенсивность поступающей на l-звено нагрузки (4) 2/10/2018 © Пугин В. В. 2012 33