Метод повышения эффективности функционирования терминального оборудования сетей с интеграцией служб Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

7 декабря 2011 г. 16:59

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Метод повышения эффективности функционирования терминального оборудования сетей с интеграцией служб

Приведены результаты исследования принципов построения и алгоритмов функционирования многофункциональных абонентских и сетевых терминалов, работающих в сетах общего пользования, на основе которых предложены мидели обслуживания неоднородного трафика. Получены аналитические выражения, позволяющие оценить вероятностно-времнные характеристики систем передачи речевого и неречевого трафика

Мамедов ГА,

дш, профессор, зав. кафедрой "Автоматика и управления" Азербайджанского технического университета

Ибрагимов Б.Г.,

Д.Т.Н., профессор кафедры "Многоканальные телекоммуникационные системы"

Азербайджанского технического университета,

і.Ьаутот@таіІ. ги

Введение

Развитие цифровых интегральных узкополосных и широкополосных мультисервисных сетей связи на базе современных технологий требует создания и интеграции сетей общего пользования. Решение этой сложной задачи неразрывно связано с повышением уровня технического обеспечения телекоммуникационных систем (1C) многофункциональными терминальными комплексами (ТК), обеспечивающими интеграцию процессов совместного обслуживания неоднородного трафика.

В настоящее время одним из основных стратегических направлений развития и технической политики МСЭ-Т является интеграция ТС и их технических средств для передачи неоднородного трафика по каналам единой сети связи, где главным звеном являются многофункциональные ТК и терминальные элементы управления, представляющие собой распределенную систему управления на базе TMN (Telecommunication Management Network). Кроме того, внедрение современных информационных, компьютерных и сетевых технологий в системах телекоммуникации с использованием служб DSP (Digital Signal Processing), IP (Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode) открывают новые возможности для интеграции сетей телекоммуникаций общего пользования, объединения и обслуживания с помощью терминальных комплексов нескольких видов информаций 1,2]. Поэтому решение проблемы совместного обслуживания неоднородного трафика с помощью многофункционального терминального оборудования приобретает большую актуальность в телекоммуникационных системах.

Анализ показьвоет, что во многих работах подробно исследованы модели информационных потоков при совместном обслуживании речевых и неречевых сообщений [2,3,4]. Однако, в полном объеме не рассмотрены проблемы создания технических сред ств, обеспечивающих передачу и обслуживание неоднородного трафика в зависимости от распределения пропускной способности терминального оборудования и каналов связи с учетом коэффициента сжатия трафика.

Постановка задачи. Для решения данной задачи рассматриваются вопросы создания многофункциональных терминальных комплексов на основе блочно-модульных систем базирующихся на

современных технологиях, и исследуются методы оценки интеграции неоднородного трафика при совместном обслуживании в системах, где имеется большой объем информации.

Установлено, что основные характеристики эффективного функционирования многофункциональных терминальных комплексов на сетевом уровне определяются вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) системы передачи пакетов и производительно-

стью системы \^пс, в частности, суммарной пропускной способностью терминального оборудования при совместном обслуживании неоднородного трофика [2].

Формализация задачи интеграции процессов совместного обслуживания информационных потоков, где возможное их количест-во-п, реализуемых с помощью многофункционального ТК, могут быть представлены следующими целевыми функциями:

= Arg ma\ sup (Г......)J.

QL = minfinffr* )]• і = •.и

(1)

при следующих ограничениях

N6.iС1Д<С1алэт.; “юкїКьс

, і= 1,л,

где C(mot — пропускная способность многофункциональных терминальных комплексов при передаче но трафика; Тсэ — среднее время задержки при передаче ко трафика; -

векторы требуемых показателей, соответственно, емкости буферных накопителей (БН) терминала при передаче f-го трафика, стоимости аппаратных и программных средств системы при передаче мо трафика, коэффициенты сжатия данных ко трофика.

В работах [5,6] рассмотрены проблемы создания терминальных комплексов, реализуемых цифровой принцип передачи информации с использованием телекоммуникационных технологий, объединенных в единую систему для приема и передачи неоднородного трафика. В перспективе современные телекоммуникационные сети общего пользования будут строиться на базе многофункциональных терминальных комплексов, которые состоят из терминального оборудования различных технологий; POH&SDH, \Р, ATM, NGN (Next Generation Network), служащих для передачи неоднородного трафика в соответствии с проводимой МСЭ-Т технической политикой глобализации и персонализации связи. Под неоднородным трафиком подразумеваются речевые си пн алы, видео информация и неречевые сообщения документального обмена.

Создание алгоритмов функционирования многофункциональных абонентских и сетевых терминалов. Терминалы для обмена неречевого трафика с документированием текста, данных, факсимиле, являются абонентскими терминалами телеграфного типа, имеющими программно-управляемые анализирующие и синтезирующие устройства, модемы, интерфейсы ввода-вывода и терминальные

T-Comm, #7-2010

зз

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

адаптеры, которые позволяют предоставлять любым абонентам возможность передачи информации со скоростью от 0,05 Кбит/с до 2Мбит/с на базе типовых каналов цифровой иерархии с использованием современных технологий [5]. Абонентские терминалы документального типа, работающие в режиме "текстофакс", при обработке документальной информации смешанного типа, определяются временными характеристиками документальной электросвязи, которые можно описать в следующей форме:

]•

(2}

где 7^ — общее время обработки информации смешанного типа; Т(щу Тгр — время передачи и приема бланка; — время вьполне-ния служебных операции ^ — еьмсостъ буферных накопителей (БН).

Для устранения избыточности и сокращения объема передаваемой информации смешанного типа, в частности, факсимильной и графической, использовано кодирование длины серии с предварительным описанием на базе модифицированного кода Хаффмэна и алгоритма кодирования Шенноно-Фоно [4].

Терминалы для реализации телефонных служб и передачи речевых сообщений в сетях с коммутацией пакетов на основе протоколов Х.25 и ТСР/1Р гарантирующих приоритезацию голосовых сообщений, получили название абонентских терминалов телефонного типа, имеющих связнью процессоры, порты ввода-вывода, шлюзы, аналого-цифровые преобразователи (АЦП и ЦАП), модули микрофона и динамика с аудио платой, работающие в реальном масштабе времени. Для расширения функциональных возможностей и услуг абонентские терминалы речевого трофика снобжены сетевым стыком терминальным элементом управления, модулем сборки-разборки пакетов. Терминалы речевого трафика определяются множеством показателей каждой из подсистем, т.е.

*41,

где TJXp) — средняя взвешенная задержка передачи речевых сообщений с интенсивностью Хр Ngp — емкость БН; Nn — кол wecreo потерь пакетов; QMO$ — коэффициент, учитывающий качество передачи речевых сообщений QMOS < (5,...,2,5).

Алгоритмы передачи и приема речевых сообщений рассмотрены в (5,6) и отмечены, что основными блоками абонентского терминала являются модули АЦП и ЦАП, состоящие из Ки временных отсчетов, каждый из которых кодируется кодовыми комбинациями. При этом время вывода цифровой информации из АЦП

терминала определяется следующим образом

иЛг)-(1,-гкН^Аг)-'. У*т =24 *«•

(3)

где К — длина информационного ксща, отображающего отсчеты; Рь — верхняя граничная чостота спектра речевого сигнала, которая для речи и факсимильного трафика составляет 4 кГц гк — проверочные кодовые комбинации.

На основании временных отсчетов и алгоритма передачи речевого трафика скорость абонентского терминала определяется следующим выражением

(ДО

(4)

Для передачи речевых сообщений на базе технологии пакетного преобразования, необходимо использовать равномерное квантование с шагом М который определяется как;

**=£. ‘і.ЧЧ- <5>

где 1с — соответственно длина информационного и служебного пакета.

Анализ показывает, что речевые сообщения описываются двумя состояниями: "0" -пауза речи и" 1 “ активное состояние. Длительности активного диалога речи Го и паузы гп выражаются следующим образом

#(/)» 5]*— + У,С, г = 1,/у. k = l,e.

Из последнего следует, что обработка речевых сообщений сопровождается большой избыточностью из-за передачи паузы речи, которая остро нуждается в сокращении избыточности при передачи трафика. Сжатия речевых сообщений осуществляются с помощью кодеров-декодеров с применением АД И КМ по рекомендации МСЭ-Т G.729 на основе заполнения пауз посредством шлюза абонентского терминала. Последние в значительной степени определяют пропускную способность абонентских терминалов и качество передачи речи.

Терминалы видео трафика характеризуются следующими параметрами: средней задержкой Т передачи; средним количеством потерь информации скоростью обработки видео потоков — Vfa. Видео терминалы описываются множеством показателей каждой из

подсистем т.е.

В связи с увеличением объемов обрабатъюаемого трофика и интеграцией методов передачи (синхронной и асинхронной) и коммутации (каналов, пакетов и ячеек), а также внедрением гибридных технологий VoFR, VoIP и VoATM открываются новые возможности создания многофункциональных ТК для передачи неоднородного трафика большого объема.

На рис.1 представлена архитектура ИТМ для передачи речи (РС), донных (ПД) и видео (ВИ) трафика.

Реализация донной задачи на базе абонентских терминалов рассмотрена в [5,6]. В них подробно изложены принципы построения и алгоритмы функционирования многофункционального терьж-нального комплекса. Для передачи неоднородного трафика информационный поток после АЦП и кодера поступает в модем при помощи которого неоднородный трафик представляется в одинаковой цифровой форме. После сжатия цифровых сигналов информационный поток поступает на модуль сборки пакетов с использованием протокола RTP (Real Time Protocol). Последний за счет модемного сигнала различает сигналы речи, факсов, донных и передает управляющий сигнал на БН мультиплексора. Мультиплексор на основе приоритетности поступающих потоков трафика с помощью виртуальных каналов связи передает сообщение необходимому адресату.

Приоритет имеют пакеты речевых сообщений, сигналы управления и взаимодействия, а также видео и пакеты донных, если не определены жесткие приоритетности трафика. Аналогично работает приемная часть терминальных комплексов, которая выполняет обратное преобразование.

Для оценки эффективности многофункциональных терминальных комплексов при совместном обслуживании неод нородного трафика, поступающего в поле ИТМ, необходимо создание модели интеграции обработки информационных потоков.

Интеграция и модели обслуживания неоднородного трафика. Важным блоком управления в многофункциональных терминальных комплексах является мультиплексор интегрального типа — интегральный терминальный мультиплексор (ИТМ) для объединения неоднородного трафика при совместном обслуживании с применени-

34

T-Comm, #7-2010

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

с ф АЦП Ко;

»лср

ПД

НИ •

Колер

Интерфейсы

ппо.и-ймяо.»

Ви.1СОМ>1СК

ТЭУ

•

Ни = (р,л -К.гУ'ш.Лш ♦ ДГЧ* С. >У,_,|'«1,Л,

Блок

управ-

ления ИТМ

КТР

НИ

Км|1|> Ж1к11ЫМ

нмсикоскорос I ной ка м а. ■

1. Структурная схема и архитектура ИТМ

ем эффективных алгоритмов кодирования сообщений. На рис 2 изображена модель интеграции неоднородного трофика при совместном обслуживании многофункциональным терминальным комплексов.

Из описания схемных решений видно, что ИТМ представляет собой устройство управления РТР, БН терминал и канал связи. В БН поступают потоки трафика от различных источников сообщений, работающих по "ПРО" и "11Ю", и на приоритетной основе обслуживаются. При этом емкости БН обеспечивающие отправление всех пакетов, находящихся в очереди, в рамках допустимой средней задержки Тсхдоп , определяются как:

Т1аш

I

К1(Ж • лг* г 1А ...Ы,

-1т,

(8)

[7)

где С(А — скорость передачи ко трафика по каналам связи; — скорость работы абонентского терминала при обработке ко трафика; — максимальный всплеск при передаче ко потока пакетов; Тслдэл — допустимое среднее время задержки при передаче ко трофика, Т, аЛШ' й (150.....300)мс.

Предположим, необходим переход с режима обработки неречевых сообщений на режим обработки речевых сообщений, который осуществляется по протоколу РТР на базе терминального элемента управления, распознающего, какой вид сообщения — текст, речь, видео, факс содержит донный трафик для сжатия и передачи информации в реальном масштабе времени.

Из алгоритма передачи и приема неоднородного трофика следует, что среднее время задержки складывается: из задержки на модуле кодера, АЦП и ЦАП, модеме; сжатия; сборки-разборки пакета; передачи по каналом и приеме информации. В общем виде эта величина может быть определена следующим образом:

2. Модель обслужиеашя и илеграции неодюродного трафика

где N — общее количество блочно-модульных систем абонентского терминала при передаче ко трофика, / = 1,п; Т — средневзвешенная временная задержка, так как суммирование ведется по всем модулям функциональных схем по которым проходит трафик; •и* (л*р “ среднее время ожидания и передачи неоднородного трафика, который проходит /-ю блочно-медульную систему абонентского терминала В частности, для передачи речевого трафика необходимо соблюдать, чтобы Та < (150 -г300) мс [2,5).

Заключение

Результаты исследования показали, что имеется принципиальная возможность для построения многофункциональных ТК неоднородного трафика на основе блочно-модульных систем с использованием ОБР-технологий, которые являются интегральным элементом создания широкополосных мультисервисных сетей, способствующих возможности гибкого предоставления ресурсов как терминалов, так и каналов.

Литература

1 Дварт В.Ю. Мультисервисные сети связи. Транспортные сети и сети доступа — М.: Инсвязьиздзт, 2008. — 168 с

2 М Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. В 2-х т.ч 1/Пер. с англ. — М: Наука, 1992. — 272 с

3 Вкшевсхий В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М: Техносфера, 2003. — 512 с

4 Лагутуи В.С Анализ эффективности совместного обслуживания новых инфор-мационныхпотоков на ГГС большой емкости // Электросвязь, 1999. —№3. — С.28-30.

5 Суздалвв АН, Чутрввв О.С Передача данных в локальных сетях связи, М.: Радиоисвязь, 1987.—168с.

6. Ибрагимов БГ. Терминальные комплексы на базе современных технологий // Вестжк связи, 1999. — N*10. — С АЛ.

КС

Т-Сотт, #7-2010

35