Рекомендации по содержанию разделов курсового проекта

Во введении следует указать актуальность темы, цель и задачи проектирования. Дать характеристику современного состояния и тенденции развития цифровых сетей пакетной коммутации. Привести статистику внедрения VoIP и IPTV, их перспективы в мире и в Республике Беларусь (объем 1-2 с.).

В теоретической части проекта на основе изучения работ отечественных и зарубежных авторов излагается сущность исследуемой проблемы, рассматриваются различные аспекты при ее решении, дается оценка и излагаются собственные позиции студента. Разделы теоретической части служат обоснованием будущих разработок, так как это дает возможность выбрать определенную методологию и методику проведения качественного и количественного состояния вопроса в конкретных условиях. Текст раздела обязательно должен содержать ссылки на используемые при его написании источники (объем около 15 с.).

В разделе 1 необходимо:

- дать описание технологий пакетной передачи речи и телевизионного изображения, начиная с процессов кодирования и пакетизации;

- привести структурные схемы пакетизаторов и другого оборудования, указать типы используемых кодеков, рекомендованных МСЭ и их характеристики;

- показать на рисунке один из вариантов построения IP-cети;

- кратко изложить требования приложений реального времени к качеству обслуживания (параметры оценки QoS, QoE);

- кратко дать описание технологии абонентского доступа;

- по тексту первого раздела привести следующие обязательные таблицы: «Основные параметры кодеков IP-телефонии»; «Требования, предъявляемые к классам качества услуг VoIP»; «Нормы для сетей IP с распределением по классам качества обслуживания»; «Показатели качества услуг»; «Требования, предъявляемые к основным видео-кодекам»;

- сделать вывод о том, что проектируемая сеть должна обеспечивать заданное качество IP-услуг.

Практическая часть должна содержать обоснование необходимости расчета потоков, матрицы информационного тяготения, пропускных способностей сети с учетом норм МСЭ, расчета структурно-сетевых параметров, обоснование выбора протокола маршрутизации и сетевого оборудования.

В разделе 2 необходимо сделать расчеты следующих сетевых параметров: время задержки (t_зад), вероятность своевременной доставки (Р_сд), вероятность потерь (Р_п), пропускная способность (С) для каждого типа услуги.

В подразделе 2.1 дать описание математической модели расчетов (т.е. все формулы, необходимые для расчетов, и указать названия используемых обозначений).

В подразделе 2.2 необходимо:

- дать краткое описание используемой программы расчета матрицы информационного тяготения (для определения интенсивности входящей нагрузки на каждый маршрутизатор и расчета суммарного внешнего трафика);

- привести исходные данные для указанных расчетов и три полученные матрицы размерности NxN, где N – количество маршрутизаторов в сети. Обосновать выбор одной из них для дальнейших расчетов (учитывается точность получения результата по сравнению с заданным значением).

В подразделе 2.3 необходимо:

- дать краткое описание используемой программы расчета сетевых параметров (программа DimKP) проектируемой сети (привести исходные данные и данные, полученные в подразделе 2.2);

- результаты расчетов представить в виде таблиц для всех направлений связи с колонками параметров – С (бит/с), t_зад(с), ρ (загрузка), Р_сд (вероятность своевременной доставки), Р_п(вероятность потерь);

- сделать сводную таблицу результатов, в которой указать те же параметры только для списка маршрутизаторов. Следует иметь в виду при составлении сводной таблицы, что значения скорости суммируются, а значения задержки и вероятности потерь нельзя суммировать. Необходимо взять максимальные значения этих параметров при максимальной загрузке ρ = 0,8. В сводную таблицу добавить еще одну колонку «Суммарная интенсивность входящей нагрузки, пак/с». Далее по этому параметру в подразделе 3.3 будет выбрана производительность маршрутизатора;

- используя значение суммарного внешнего трафика, полученное в 2.2 и программу расчета канального ресурса (DimKP), получить таблицу результатов, которые представить в виде графика зависимости вероятности потерь от пропускной способности при различной загрузке сети;

- проанализировать полученные результаты для VoIP и сделать вывод.

Далее необходимо сделать расчеты для IPTV-трафика, который будет транслироваться в режиме мультикастинга (широковещательная трансляция). Используется в качестве кодека MPEG-4, скорость которого и количество программ заданы по условию. Далее следует:

- рассчитать интенсивность входящей нагрузки от IPTV-сервера на маршрутизаторы (которая из-за равномерности распределения каналов IPTV будет иметь одинаковое значение для каждого маршрутизатора);

- рассчитать те же сетевые параметры, что и для VoIP-трафика, используя программу расчета канального ресурса (DimKP) при разных значениях загрузки (ρ = 0,2;0,4;0,6;0,8);

- сделать сводную таблицу результатов для VoIP и IPTV (при (ρ = 0,8), учитывая равномерность поступления нагрузки от IPTV-сервера на маршрутизаторы сети;

- используя программу DimKP и значение суммарной интенсивности нагрузки для VoIP и IPTV, получить таблицу результатов расчета сетевых параметров, которые представить в виде графика зависимости вероятности потерь от пропускной способности при различной загрузке сети;

- составить таблицу распределения трактов по всем направлениям связи, используя значение пропускной способности в каждом направлении при передаче совмещенного трафика VoIP и IPTV. В таблице должны быть колонки с параметрами: пропускная способность и тракт передачи (Е1, STM и т.п.) для каждого направления связи. Таблицу вынести в приложение В;

- проанализировать полученные результаты с точки зрения соблюдения норм QoS МСЭ и сделать выводы.

В разделе 3 подраздел 3.1 дать описание возможных топологий и структурных параметров сетей. Следует иметь в виду, что проектируемая сеть имеет полносвязную структуру, так как используется небольшое число маршрутизаторов. Дать описание этой структуры. Рассчитать структурные параметры и изобразить граф проектируемой сети.

В подразделе 3.2 кратко записать необходимые этапы проектирования с использованием программного обеспечения.

В подразделе 3.3 необходимо дать обоснование выбора протокола маршрутизации, который будет решать задачи по маршрутизации потоков информации VoIP и IPTV в проектируемой сети, с учетом того, что это трафик реального времени с жесткими требованиями по качеству услуг. Дать подробное описание протокола.

В подразделе 3.4 необходимо:

- указать какие сетевые элементы будут использованы, обосновать выбор каждого из них, ссылаясь на рисунок проектируемой сети и сводные таблицы рассчитанных параметров для VoIP и IPTV (при (ρ = 0,8);

- дать краткое описание оборудования, которое предлагается использовать в проектируемой сети. Необходимо иметь в виду, что выбор оборудования должен учитывать некоторые параметры из задания, а также рассчитанные параметры. Например, шлюз VoIP должен поддерживать протокол, обеспечивающий заданную в проекте скорость кодирования речи. В составе IPTV-сервера должен быть кодек MPEG-4 с заданной в проекте скоростью, а маршрутизаторы должны поддерживать рекомендуемый протокол маршрутизации и иметь производительность не менее значения рассчитанной интенсивности поступающей нагрузки. Кроме того, сетевое оборудование должно иметь интерфейсы для подключения трактов систем передачи (см. таблицу приложения В). Следует указать фирму-производителя выбранного оборудования. Технические характеристикимаршрутизаторов, шлюзов, серверов выносятся в приложение Г.

В заключении логически последовательно излагаются теоретические и практические выводы, основные результаты работы и их анализ, а также предложения, к которым пришел студент в результате проектирования. Дать оценку качества услуг VoIP и IPTV, которые будут предоставлены проектируемой сетью и их соответствие нормам качества МСЭ. В случае получения результатов, несоответствующих заданным нормам качества, необходимо предложить ряд технических мер по его улучшению. Указать протокол маршрутизации, рекомендуемый к использованию. Указать, какое сетевое оборудование предлагается использовать. Результаты работы должны быть краткими и четкими, дающими полное представление о содержании, значимости, обоснованности и эффективности разработки.

При написании работы студент обязан по тексту давать ссылки на авторов и источники, из которых он заимствует материалы или отдельные результаты. Не допускается компилятивный пересказ текста и предложений других авторов.

В приложение можно выносить данные, собранные в результате исследования, например таблицы МСЭ или же часть своей работы, которая превышает установленный объем, например, таблицы расчетов, поясняющие схемы и т.п.

Общий объем работы – 30-40 стр. печатного текста на листах формата А-4 (шрифт 14, интервал 1), без учета приложений.

Графический материал должен быть выполнен согласно требованиям СТП ВГКС. Структурная схема проектируемой сети (приложение Б) выполняется в формате А3 по всем требованиям оформления чертежей. На этом же листе над угловым штампом поместить таблицу распределения трактов по всем направлениям связи (из приложения В).

Задание для каждой группы выдается преподавателем. При использовании программ расчетов буква «М» – две последние цифры номера зачетной книжки студента или же номер по журналу группы (по согласованию с преподавателем).

 

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

IP-сеть – это цифровая телекоммуникационная сеть, построенная на основе протокола IP, в которой все данные – голос, текст, видео, компьютерные программы или информация в любой другой форме передаются в виде пакетов в едином тракте одновременно между многими пользователями. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.

Трафик IP-сети включает в себя потоки информации от разных приложений, осуществляющих передачу голоса и других видов изохронного трафика, мультимедиа, документов (в том числе больших по размеру), файлов, данных с компьютерных носителей, данных между локальными сетями, факсимиле, изображений с размером транзакции 106 байт, высококачественного аудио, многочисленных видов видео. Основными критериями классификации трафика являются относительная предсказуемость скорости передачи данных, чувствительность трафика к задержкам пакетов, чувствительность трафика к потерям и искажениям пакетов.

В отношении предсказуемости скорости трафика приложения делятся на два больших класса: трафик, поступающий в сеть со сравнительно постоянной битовой скоростью (например, для элементарного голосового потока верхняя граница известна: она равна 64 Кбит/с), и пульсирующий трафик с переменной битовой скоростью, (например, при работе приложений файлового сервиса).

Основные типы приложений в порядке повышения чувствительности к задержкам пакетов следующие:

- асинхронные приложения: практически нет ограничений на время задержки, например, электронная почта;

- синхронные приложения: чувствительны к задержкам, но допускают их, например, видеоконференция;

- интерактивные приложения: задержки могут быть замечены пользователями, но они не сказываются негативно на функциональности приложений, например, текстовый редактор, работающий с удаленным файлом);

- изохронные приложения: имеется порог чувствительности к задержкам, при превышении которого резко снижается функциональность приложения (пример: передача голоса, когда при превышении порога задержек в 100-150 мс резко снижается качество воспроизводимого голоса);

- сверхчувствительные к задержкам приложения: задержка доставки данных сводит к нулю функциональность приложения, например, приложения, управляющие техническим объектом в реальном времени.

Следует отметить, что интерактивность приложения всегда повышает его чувствительность к задержкам. Например, широковещательное распространение аудио- и видеоинформации может выдерживать значительные задержки передачи пакетов, а интерактивный телефонный разговор не терпит их.

Третьим критерием классификации приложений является их чувствительность к потерям пакетов, которые делятся на две группы – чувствительные и устойчивые к потерям пакетов приложения. К первой группе относятся все традиционные сетевые приложения (файловый сервис, сервис баз данных, электронная почта и другие, передающие алфавитно-цифровые данные). Ко второй группе приложений относится большая часть приложений, работающих с мультимедийным трафиком (аудио- и видеоприложения). Однако устойчивость к потерям имеет свои пределы, поэтому процент потерянных пакетов не может быть большим, например не более 1%. Можно отметить также, что не любой мультимедийный трафик так устойчив к потерям данных, например, компрессированный голос или видеоизображение очень чувствительны к потерям, поэтому относятся к первому типу приложений.

Различные приложения предъявляют различные требования к качеству услуг (QoS):

– задержка в передаче голоса не должна превышать 15 мс;

– процент потерь «пакетизированного голоса» во избежание заметного ухудшения качества восприятия речи не должен превышать 1 %;

– при взаимодействии с базами данных и при распределенной обработке данных задержка не должна превышать 10-100 мс;

– трафик реального времени (аудио- и видеоинформация) не допускает задержек более 0,5 с, включая время на обработку конечной станцией.

Нарушение QoS- норм в техническом плане может стать причиной: плохой разборчивости речи, дрожания, искажения части или полной потери изображения, отставание звука от изображения в мультимедиа, искажение содержания сообщения, засылке не по адресу или его потере.

Факторами, влияющими на качество IP-сети, являются максимальная пропускная способность, задержка передачи пакета через сеть, джиттер (задержка между двумя последовательными пакетами), потеря пакета.

Для поддержки конвергенции IP-сетей и сетей ТфОП IP-сети должны обеспечивать надежное качество обслуживания QoS для разнообразных приложений пользователей, включая телефонию.

МСЭ выпустил две рекомендации, которые делают возможной успешную конвергенцию IP/ТфОП. Первая рекомендация – Y.1540 определяет стандарты параметров производительности для передачи пакетов в IP-сетях. Вторая – Y.1541 специфицирует требования к стыку «сетевой интерфейс – сетевой интерфейс» для параметров рекомендации Y.1540 и группирует эти численные требования по шести классам QoS для IP-сетей.

С точки зрения качества предоставления услуг VoIP и IPTV на сеть IP накладываются достаточно жесткие требования, соблюдение которых необходимо предусмотреть уже на этапе проектирования.

IPTV – это цифровая технология многопрограммного интерактивного телевизионного вещания в IP-сети с помощью пакетной передачи данных по IP-протоколу. IP-телевидение является отдельной коммерческой услугой оператора и существенно отличается от трансляции в сети Интернет. Между этими двумя понятиями имеется ряд отличий:

• Интернет-телевидение распространяется по сети Интернет, тогда как услуга IPTV доставляется только по закрытым сетям Интернет-операторов, в которых доступ к контенту разрешен только абонентам услуги;

• недостаточная пропускная способность Интернет-каналов накладывает ограничение на качество потока для Интернет-телевидения и на количество транслируемого контента. В IPTV этой проблемы нет, поэтому абонент IPTV получает самый качественный цифровой поток.

VoIP (Voice over IP; IP-телефония) – это цифровая технология передачи речевого сообщения по сети Интернет или по любым другим IP-сетям с помощью пакетной передачи данных по IP-протоколу. При этом сообщение подвергается сокращению избыточности (сжимается).

В IP-телефонии и IPTV применяют разные кодеки, стандартные и нестандартные. От выбора кодека также зависит качество оказываемой услуги, так как процесс кодирования вносит дополнительную задержку и нужны специальные средства для ее минимизации.

Для построения самой сети и определения количества каналов в направлениях недостаточно информации об обмене необходимо также располагать данными о потоках сообщений между любыми точками сети. Следовательно, общий исходящий обмен надо распределить по направлениям сети, на этой основе найти обмен в периоды пиковой нагрузки (ЧНН) с учетом всех факторов неравномерной нагрузки, затем собственно нагрузку и с учетом заданного качества обслуживания количество каналов.

Требования к передаваемым потокам сообщений в большинстве случаев задаются в виде матрицы тяготений (МИТ) с учетом их тяготения по нагрузке, т.е. формируется квадратная матрица информационных тяготений между узлами сети, в которой на пересечении столбцов и строк для каждой пары УК указываются параметры исходящего и входящего трафика. Зная интенсивности потоков нагрузки в каждом направлении, можно рассчитать сетевые параметры, определяющие качество доставки информации. С учетом выбранной топологии сети, МИТ, сетевых параметров и исходных данных впоследствии решается задача маршрутизации. Выбор маршрутов для направлений связи осуществляется с использованием одного из алгоритмов поиска маршрутов.