к.т.н. Червинский В.В., Салах Моат

Донецкий национальный технический университет, Украина

Моделирование и критериальная оценка качества телекоммуникационной сети компании «Джордан текнолоджи груп»

При проектировании телекоммуникационной сети предприятия немаловажным является исследовании эффективности ее внедрение в реальных условиях. Аналитически получить данные относительно работоспособности и эффективности структуры разработанной сети довольно сложно из-за большого количества переменных, описывающих ее работу. Решить данную задачу возможно путем имитационного моделирования работы телекоммуникационной сети. Такой способ исследования позволяет получить результаты близкие к реальным условиям, и, в отличие от реального эксперимента, имитационное моделирование не нуждается в наличии реальной мультисервисной телекоммуникационной сети, которая состоит из большого количества дорогостоящего оборудования и линий связи. Оценку эффективности принятых при разработке сети решений можно получить аналитически при помощи обобщенного критерия количественной оценки эффективности разработанной сети.

Таким образом, целью имитационного моделирования в данном исследовании является получения количественной оценки эффективности разработанной сети.

Среди программных комплексов, которые реализуют моделирование мультисервисных телекоммуникационных сетей, следует выделить пакет OpNet IT Guru Academic Edition.

Программа OpNet представляет собой комплекс средств для создания и исследование имитационных моделей телекоммуникационных сетей. Пакет позволяет анализировать влияние приложений типа клиент-сервер и различных сетевых технологий на работу сети, моделировать иерархические сети, многопротокольные локальные и глобальные сети с учетом алгоритмов маршрутизации и механизмов обеспечения качества обслуживания, осуществлять проверку протоколов обеспечения соединений, проводить анализ взаимодействий протоколов, оптимизацию и планирование сетей.

Для исследования качественных харакетеристик сети в пакете OpNet необходимо собрать модель мультисервисной сети, которая отвечает структуре представленной на рис. 1.

Рисунок 1 – Базовая модель сети в OpNet

Модель состоит из: активного оборудования оператора связи - коммутаторов, маршрутизаторов; серверов услуг; сегментов сетей доступа, которые пользуются определенным типом услуг; линий связи, которые соединяют активное оборудование.

Для упрощения получения исходных данных относительно основных характеристик потоков трафика каждой из услуг, опорная IP-сеть представлена двумя маршрутизаторами, которые соединяют серверы поставщиков с конечными пользователями. Также, для упрощения получения данных по каждой из услуг, сети общего пользования реализованы в модели как серверы определенных услуг. Т.е. телефонная сеть общего пользования реализована как сервер голосовых услуг, а сеть Интернет - совокупность серверов FTP, HTTP и других.

Маршрутизаторы в модели имитируют предельные маршрутизаторы реальной опорной сети, а канал, который соединяет их, имитирует общий путь прохождения потоков трафика через опорную IP-сеть.

Сформулируем критерий для количественной оценки эффективности разработанной сети и определим его ограничения.

Каждый из потоков трафика в сети ставит к качеству обслуживания свои требования, которые выражаются в гранично допустимих значениях следующих параметров:

- потери пакетов (надежность канала связи) – P;

- задержка – T;

- джиттер (колебание задержки в буфере узлов) – D;

- полоса пропускания – C.

Исходя из приведенных характеристик параметров качества, формируются относительные обобщающие коэффициенты, которые определяют соотношение между текущими усредненными значениями показателя в сети и предельными требованиями (максимальными значениями) каждого из классов трафика, по каждому из параметров качества обслуживания.

Из полученных значений нормированных критериев была сформирована целевая функция комплексного аддитивного критерия, который для случая n отдельных критериев будет иметь общий вид:

, (1)

где – весовой коэффициент i-го критерия;

– значение i-го отдельного критерия;

– і-й нормирующий делитель;

– нормированное значение і-го отдельного критерия.

Такая целевая функция позволяет разрешить компромисс, при котором улучшение значения одного нормированного критерия компенсирует ухудшение значений других. Введение весовых коэффициентов должно учитывать разную значимость отдельных критериев при формировании аддитивного критерия.

Определение весовых коэффициентов сталкивается с определенными трудностями и по обыкновению сводится или к использованию формальных процедур, или к использованию экспертных оценок. В нашем случае весовые коэффициенты формируются оператором сети для каждого из параметров требований к качеству предоставления каждой из услуг, базируясь на технических экспертных оценках и рекомендациях и на основе политик оператора относительно предоставления того или другого класса услуг.

Использование обобщенного критерия отстраняет логические проблемы, которые связаны с установлением взаимосвязей между отдельными критериями разной размерности.

Матрица F значений для каждого из выбранных критериев формируется из соответствующих обобщающих относительных коэффициентов, которые характеризуют тот или другой класс трафика по каждому из параметров качества обслуживания: полосе пропускания, задержке, джиттеру и уровню потерь пакетов – в соответствии со следующими выражениями:

, (2-5)

где P_i, T_i, D_i, C_i – текущие значения соответственно уровня потерь пакетов, задержки, джиттеру и полосы пропускания;

P_min, T_min, D_min, C_max – граничные значения показателей к соответствующим параметрам качества обслуживания, ограничения целевой функции.

Таким образом, оптимальным с точки зрения эффективности принятых при разработке сети решений будет вариант, для которого принимает наименьшее значение:

(6)

Проведем оценку эффективности сети в соответствии с выражениями 1-6. Для наглядности, исходя из формул 2-5, выполним расчет значений относительных коэффициентов для услуг, которые относятся к классу «VOIP» с учетом средних значений параметров, полученных при имитационном моделировании.

Полученные значения относительных коэффициентов по каждому классу услуг приведенные в табл. 1. Следует указать, что для параметров качества обслуживания определенных услуг, к которым не выдвигаются значительные требования, относительные коэффициенты будут равнять 0, а их важность будет определена, как низкая.

Таблица 1 – Расчет относительных коэффициентов

Класс трафика	Показатели QoS
	Потери пакетов P	Задержка T	Джиттер D	Полоса пропускания C
VOIP	0,400	0,667	1,000	0,009
IPTV	0,050	0,100	0,333	0,833
VOD	0,100	0,667	0,333	1,000
Интернет	1,000	0,250	0,000	0,010

Значимость каждого из показателей качества отображено в табл. 2, где высокому уровню значимости отвечают ячейки со значением 3, среднему - 2, низкому - 1. Матрица значимости отображает совокупную значимость того или другого параметра качества обслуживания для предоставления определенного класса услуг с точки зрения оператора.

Рассчитаем показатель эффективности на примере услуги VOIP:

2*0,4+3*0,667+3*1+1*0,009=5,81.

Таблица 2 – Формирование матрицы значимости показателей QoS

Класс трафика	Показатели QoS
	Потери пакетов P	Задержка T	Джиттер D	Полоса пропускания C
VOIP	2	3	3	1
IPTV	1	1	3	3
VOD	2	2	3	3
Интернет	2	1	1	2

Аналогично рассчитывается показатель эффективности для других услуг.

Суммарный показатель эффективности находится суммированием показателей по всем услугам:

17,26.

При высокой нагруженности сети уровень этих задержек резко возрастет. Поэтому необходимо оптимизировать сеть с использованием технологии поддержки QoS.

При использовании технологий поддержки QoS утилизации канала составляет в среднем 70% и является более равномерной.

Промоделируем работу чети при повышенной нагрузке в транспортных каналах и пронаблюдаем за изменением утилизации каналов с использованием технологии поддержки QoS и без нее. Результаты моделирования представлены на рис. 1-2.

Из полученных графиков видим, что при моделировании сети без поддержки QoS утилизация нагруженного канала периодически достигает ста процентов, что означает рост уровня потерь пакетов, увеличение задержки и джиттера (для голосовых приложений).

Таким образом, применение технологий поддержки QoS позволяет равномерно распределить нагрузку каналов и контролировать ее уровень при повышении интенсивности трафика.

Рисунок 1 – Утилизация транспортного канала сети при повышенной нагрузке в модели сети без использования технологий поддержки QoS

Рисунок 2 – Утилизация транспортного канала сети при повышенной нагрузке в модели сети с использованием технологий поддержки QoS

Суммарный показатель эффективности при включении поддержки QoS составил:14,5, что ниже, чем для сети без поддержки QoS.

Литература:

1. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. - М.: Техносфера, 2003. - 512с.

2. Маколкина М.А. Моделирование сетей связи c применением пакета OpNET. Метод. указания к лаб. раб. СПб. СПбГУТ. 2009.

3. Шувалов В.П., Величко В.В. Мультисервисные сети. - М.: Горячая линия. - Телеком, 2005. - 592с.