CC BY
92
т
ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО РЕАЛИЗАЦИИ МЕХАНИЗМОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ В ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Воробьев Леонид Васильевич,
Военная академия связи, кафедра сетей связи и систем коммутации, доцент кафедры, доцент, к.т.н., Россия, Санкт-Петербург, [email protected]
Ткачев Дмитрий Федорович,
Военная академия связи, кафедра сетей связи и систем коммутации, адъюнкт, Россия, Санкт-Петербург [email protected]
Ключевые слова: качество обслуживания, речевой трафик, имитационная модель, инфокоммуникационная сеть, узел коммутации.
Система связи Вооруженных Сил РФ (ВС РФ) постоянно совершенствуется. В настоящее время на сетях связи ВС РФ широко внедряются технологии пакетной коммутации и, соответственно, производителями телекоммуникационного оборудования предлагается большой спектр различного оборудования. При внедрении современных средств связи обязательно должно соблюдаться требование обеспечения качества услуг, предоставляемых должностным лицам всех звеньев управления. Одной из задач при построении пакетных сетей связи является обеспечение необходимого уровня качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Цель исследования - обеспечение качества обслуживания речевого трафика для тех или иных условиях функционирования сети. Одним из способов решения данной задачи является создание модели узла коммутации инфокоммуникационной сети специального назначения, позволяющей осуществлять оценку качества обслуживания при передачи речевого трафика в интересах должностных лиц пунктов управления. Оценка может быть получена в результате моделирования поведения сети связи, анализа влияния различных параметров функционирования сети связи на ее характеристики, выявления преимущества и недостатков предлагаемых изменений, прогнозирования поведения инфокоммуникационной сети связи.
Проведенные исследования распределения ресурса узла коммутации показывают зависимость любого из распределений от характера поступающей нагрузки. При этом, очевидно, что наибольший эффект может достигаться при совместном распределении ресурсов узла коммутации и памяти (в дальнейшем совместное распределение ресурсов будем называть адаптацией алгоритмов функционирования узла коммутации для обслуживания разнородных потоков информации). Априорное распределение имеющегося ресурса является невозможным, так как неизвестны вид и параметры поступающего потока заявок. Поэтому при функционировании узла коммутации целесообразно производить статистическую оценку данных параметров и показателей качества обслуживания. В случае отклонения показателей качества обслуживания от заданных, по полученным значениям параметров потоков, необходимо осуществлять адаптацию алгоритмов функционирования узла коммутации. Наиболее достоверные данные измеряемых параметров могут быть получены по результатам экспериментов.
Используя разработанную модель узла коммутации, возможно поддерживать качество обслуживания трафика при различном распределении ресурса узла коммутации, а также осуществлять сбор статистических данных прохождения трафика при различных условиях функционирования инфокоммуникационной сети специального назначения.
Для цитирования:
Воробьев Л.В., Ткачев Д.Ф. Предложение по реализации механизмов обеспечения качества передачи речи в инфокоммуникационных сетях специального назначения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2015. - №1. - С. 28-31.
For citation:
Vorobev L.V., Tkachev D.F. Proposal on the implementation of mechanisms to ensure voice quality in infocommunication network of special purpose // T-Comm. 2015. No.1. Рр. 28-31.
У
При организации передачи речи на базе транспортного протокола 1Р главной проблемой является обеспечение качества передачи речи через сеть связи, так как изначально данный протокол не был предназначен для обмена данными в режиме реального времени [I], Обеспечение качества передачи связано с уменьшением воздействия на качество речи следующих факторов: потерь речевых пакетов, задержки при передаче речевых пакетов от одного абонента сети к другому и вариации задержки между речевыми пакетами. Все перечисленные факторы оказывают существенное влияние на качество передачи речи через пакетную сеть [2], поэтому для уменьшения их влияния были разработаны сетевые механизмы, позволяющие значительно уменьшить воздействие отрицательных факторов на качество передачи речи.
Для решения задачи поддержания качества обслуживания речевого трафика для тех или иных условиях функционирования сети является создание модели инфокомму-никационной сети специального назначения, позволяющей осуществлять оценку качества обслуживания при передачи речевого трафика в интересах должностных лиц пунктов управления.
С этой целью была создана модель узла коммутации инфокоммуникационной сети специального назначения [3], предназначенная для выработки рационального решения по распределению ресурса УК для обеспечения требуемых показателей качества обслуживания при обслуживании разнородных и разноскоростных потоков информации в широком диапазоне исходных данных. Модель позволяет настраивать свойства отдельных элементов, производить требуемую оценку.
Целями моделирования являются:
исследование влияния механизма адаптации алгоритмов функционирования УК на показатели качества обслуживания при обслуживании разнородных потоков информации в широком диапазоне исходных данных;
- разработка рекомендаций по проведению измерений оцениваемых параметров;
- разработка предложений по использованию УК.
Достижение поставленной цели возможно при решении ряда частных задач:
- определение характеристик поступающих потоков заявок, подлежащих оцениванию;
- определение интервала времени, в течении которого необходимо производить измерение параметров потоков заявок для адаптации алгоритмов функционирования УК;
- уточнение механизма адаптация алгоритмов функционирования УК при ограниченных ресурсах системы коммутации.
Для решения данных задач модель узла коммутации (рис. I) включает следующие блоки: блок сбора информации о характеристиках источников, ресурс памяти, ресурс цифрового тракта, блок оценки качества обслуживания, блок управления адаптацией.
В данной модели система может находиться в одном из возможных К,, / = (I; Ы) состояний. Состояние системы определяется вариантом распределения ресурсов УК. Это могут быть состояния: К. - выделения ресурсов каждому
из источников заявок; К2 - предоставления единого ресурса всем источникам; Кгн — одно из состояний после адаптации алгоритмов функционирования УК (режим адаптации алгоритмов функционирования).
Рис. 1. Модель узла коммутации
На УК, через блок сбора информации о характеристиках источников, поступает поток заявок от I источников, состоящий из заявок типа <2, у которых интенсивности равны ЛШе-ЛЮ [4]. Каждый из потоков заявок характеризуется функцией распределения периода поступления заявок - При моделировании для генерации каждо-
го из потока заявок, в зависимости от заданной функции распределения, формируются случайные величины периода поступления заявок. Так для формирования пуассонов-ского потока берется случайное число х, равномерно распределенное на интервале (0;1) и определяется такое л, чтобы выполнялось неравенство 11у1 < х < /л, где
1„=е (п = 0,1,2,...; п-1=0).
1=0
(I)
Длительность обслуживания информационных блоков определяется ресурсом УК, предоставляемым для обслуживания данного типа заявок и, являясь случайной величиной, также определяется функцией распределения для каждого потока ((т^ (2), В общем случае при моделировании длительность обслуживания можно задать гамма-распределением, которое при параметре распределения к = I вырождается в экспоненциальное, при котором;
тд = -'обсл !г| Ц ■ (2)
где X; - случайное число равномерно распределенное на интервале (0;1).
При дисциплине обслуживания с ожиданием информационные блоки занимают доступную часть ресурса памяти и подлежат обслуживанию в порядке поступления. Так как ресурс памяти ограничен, то дисциплиной буферизации предусмотрено, что при отсутствии места в очереди вновь пришедшая заявка теряется. В течении периода времени Д^ собирается информация о параметрах поступающего потока заявок и значениях показателей качества обслуживания.
Т-Сотт #1-2015
т
По полученным результатам в блоке управления адаптацией определяется оптимальное распределение ресурса (состояние K;t(), которое сравнивается с имеющимся распределением (состоянием К). В случае разницы состояний К^К^ принимается решение и вырабатывается управляющие воздействия на перераспределение ресурсов ЦТ и ресурса памяти. Управляющие воздействия образуется через интервалы времени AtujiM, обусловленные временем необходимым на проведение измерений.
Таким образом, в основе функционирования модели лежат случайные реализации заданных потоков заявок и процедуры их обслуживания. В результате многократного воспроизведения случайного процесса осуществляется сбор и статистическая обработка величин, характеризующих параметры и качество обслуживания поступающих потоков заявок. На основе полученных данных формируются управляющие воздействия на элементы модели.
Данная модель реализована в программном исполнении. Для построения комбинированной, имитационно-аналитической модели использовались совместно язык программирования Turbo Pascal версии 7.0, на котором выполняются аналитические расчеты, и специализированный язык имитационного моделирования GPSS/PC V2.0 [5], на котором непосредственно подготавливается имитационная модель.
Виол исходных данных
_Л
Задание начального распр. ресурса
-С
Определение времени измерений 1Д1)
Составление начальной им. модели
Блок функционирования модели
Распределение ресурса ЦТ
Распределение емкости буф. устройства
Составления имитационной .модели
... — 0
Рис. 2. Алгоритм работы модели узла коммутации
Алгоритм работы модели узла коммутации (рис. 2) включает в себя следующие блоки:
- блок ввода исходных данных, в котором определяется доступный ресурс первичной сети связи (Сш), емкость буфера УК (М), количество и характеристика источников заявок (A=F(N, А„ t*№ ДЯ));
- блок приведения исходных данных к виду необходимому для работы модели, выбор начального распределения ресурса (блок составления имитационной модели);
- блок диспетчеризации - определения периода времени (At) функционирования модели необходимого для получения статистических данных;
- блок создания начальной имитационной модели для получения первичных результатов моделирования;
- блок функционирования модели и получение данных по результатам моделирования tax, AN):
- блок принятия решения о необходимости управляющего воздействия на перераспределение ресурса;
- блок перераспределения ресурса, включающий в себя процедуру распределения ресурса цифрового тракта и процедуру распределения емкости буферного устройства.
В течении Ati(M осуществляется имитационное моделирование процесса функционирования системы коммутации, происходит накопление информации о параметрах источников заявок, собирается статистика о значениях показателей качества обслуживания. По полученным результатам решается задача оптимального распределения ресурса полосы пропускания. В зависимости от варианта распределения полосы пропускания распределяется ресурс памяти.
Таким образом, разработанная имитационная модель узла коммутации инфокоммуникационной сети специального назначения позволяет поддерживать качество обслуживания трафика при различном распределении ресурса узла коммутации; осуществлять сбор статистических данных прохождения различного рода трафика; анализировать и обрабатывать результаты эксперимента; принимать решение о перераспределении ресурса узла коммутации.
Литература
1. Воробьев Л.В., Ткачев Д.Ф. Обеспечение качества передачи речевого трафика в сетях следующего поколения. Труды всеармейской научно-практической конференции «Инновационная деятельность в вооруженных силах российской федерации». -СПб.: ВАС, 2012.-С. 56-59.
2. Вегешно Ш. Качество обслуживания в сетях IP / перевод с английского. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с.
3. Ткачев Д.Ф. Модель инфокоммуникационной сети специального назначения. Труды Всероссийской научной конференции «Современные тенденции развития теории и практики управления в системах специального назначения». - И,: Системпром, 2014. - С. 167-172.
4. Ткачев Д.Ф. Планирование эксперимента на модели инфокоммуникационной сети специального назначения. Труды Международной научно-практической конференции «Наука и образование: тенденции и перспектива». - Уфа: РИО ИЦИПТ, 2014. - С. 157-160.
5. Боев В.Д Исследование адекватности GPSS World и AnyLogic при моделировании дискретно-событийных процессов; Монография. - СПб.: ВАС, 201 I. -404 с.
T-Comm #1-2015
T
COMMUNICATIONS
PROPOSAL ON THE IMPLEMENTATION OF MECHANISMS TO ENSURE VOICE QUALITY IN INFOCOMMUNICATION NETWORK OF SPECIAL PURPOSE
Leonid Vorobev
Military Academy of Communications, Department of communication networks and switching systems, docent,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
Dmitri Tkachev
Military Academy of Communications, Department of communication networks and switching systems, postgraduate student,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
Abstract
The communication system of the Armed Forces of the Russian Federation (Russian Armed Forces) is constantly being improved. Currently, the communication networks of the Russian Armed Forces are widely deployed technology of packet switching and, consequently, manufacturers of telecommunications equipment from a wide range of different equipment. With the introduction of modern means of communication must necessarily comply with the requirements to ensure the quality of services provided to officials of all units of government.
One of the challenges in building packet networks to provide the required level of quality of service (Quality of Service, QoS). Research objective - ensuring the quality of service for voice traffic under various conditions of the network. One way of solving this problem is to create a model of the network switching node infocomm special purpose that permits evaluation of the quality of service at the transmission of voice traffic in the interests of officials control points. Estimate can be obtained by modeling the behavior of the communication network, analyzing the effect of various parameters of the network connection on its characteristics, identify the advantages and disadvantages of the proposed changes, predicting behavior of infocomm network.
The research resource allocation switching node show the dependence of any of the distributions on the nature of incoming loads. It is obvious that the greatest effect can be achieved with a joint resource allocation and switching node memory (hereinafter joint resource allocation will be called an adaptation algorithm functioning switching node to serve diverse data flows). Priori allocation of available resources is impossible, since the unknown parameters and the type of the incoming flow of requests. Therefore, in the operation of the switching node is advisable to statistical evaluation of data parameters and indicators of quality of service. In case of deviation from the parameters of quality of service given by the obtained values of the parameters of flow must implement adaptation algorithms functioning switching node. The most reliable data of the measured parameters can be obtained from the experimental results.
Thus, using the model developed by the switching node may maintain the quality of service of traffic with different resource allocation switching node, as well as to collect statistical data traffic flow at different operating conditions infocomm specialpurpose networks.
Keywords: quality of service, voice traffic, simulation model, infocommunication network, switching node.
References
1. Boev, V 2011, 'Investigation adequacy and GPSS World AnyLogic in modeling discrete-event processes: Monograph', St. Petersburg, Military Academy of Communications, p. 404. [in Russian]
2. Vegeshna, S 2003, 'Quality of service in networks IP / translated from English', Moscow, Publishing house "Williams", p. 368. [in Russian]
3. Vorobyov, L & Tkachev, D 2012, 'Quality Assurance transmission of voice traffic in the next generation networks', Proceedings of the All-Army scientific and practical conference "Innovative activity in the armed forces of the Russian Federation", St. Petersburg, Military Academy of Communications, pp. 56-59. [in Russian]
4. Tkachev, D 2014, 'Model infocomm special-purpose networks', Proceedings of the Scientific Conference "Modern-tendencies of development of the theory and practice of management systems for special purposes", Moscow, Systemprom, pp. 167-172. [in Russian]
5. Tkachev, D 2014, 'Experiment planning model infocomm special-purpose networks', Proceedings of the International Scientific-Practical Conference "Science and Education: Trends and Prospects", Ufa, Research Center for Information and Legal Technology, pp. 157-160. [in Russian]
