Методика оценки сквозной задержки на оптической магистральной сети со сложной архитектурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Салифов, Ильнур Илдарович

• Салифов, Ильнур Илдарович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Салифов, Ильнур Илдарович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ СКВОЗНОЙ ЗАДЕРЖКИ СЕТЕЙ СВЯЗИ.

1.1. Терминология.

1.2. Актуальность и систематизация сведений по проблеме.

1.3. Анализ существующей инфраструктуры магистральных сетей связи.

1.4. Анализ норм на сквозную задержку магистральных сетей связи.

1.5. Анализ тенденций развития магистральных сетей связи.

1.6. Выводы по первой главе.

2. РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИИ СКВОЗНОЙ ЗАДЕРЖКИ В МАГИСТРАЛЬНЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ.

2.1. Декомпозиция суммарной сквозной задержки на сетях связи.

2.2. Классификация задержки распространения в средах передачи.

2.3. Классификация слагаемых узловой задержки в различных технологиях передачи информации.

2.3.1. Выделение и классификация слагаемых узловой задержки оборудования WDM.

2.3.2. Выделение и классификация слагаемых узловой задержки оборудования SDH.

2.3.3. Выделение и классификация слагаемых узловой задержки оборудования 10GEWAN.

2.4. Выводы по второй главе.

3. РАСЧЕТ СЛАГАЕМЫХ СКВОЗНОЙ ЗАДЕРЖКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ.

3.1. Составление моделей для задержки распространения сигнала в физических средах передачи магистральных сетей связи.

3.2. Составление моделей для слагаемых узловой задержки на физическом уровне WDM оборудования.

3.3. Составление моделей для слагаемых узловой задержки SDH оборудования

3.4. Проведение расчета слагаемых сквозной задержки сети.

3.5. Обобщенный анализ результатов численного моделирования слагаемых сквозной задержки.

3.6. Выводы по третьей главе.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Экспериментальная проверка результатов.

4.2. Разработка рекомендаций по управлению величиной сквозной задержки о V-» 1 1 Л магистральных сетей связи со сложной архитектурой.

4.3. Методика планирования сквозной задержки на магистральной сети со сложной архитектурой.

4.4. Выработка требований к объему измерений величины сквозной задержки.

4.5. Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика оценки сквозной задержки на оптической магистральной сети со сложной архитектурой»

Современные бизнес модели операторов связи в первую очередь опираются на показатели качества предоставляемых услуг. Без этого невозможно получить добавленную стоимость услуг, а значит не получить необходимых экономических показателей деятельности оператора. Улучшение качества телекоммуникационных услуг невозможно без действующих на сетях операторов связи механизмов учета, анализа и управления показателем сквозной задержки.

Учитывая, что региональные и магистральные телекоммуникационные сети концентрируют громадные потоки информации, к ним всегда предъявлялись самые жесткие требования к параметрам качества обслуживания, нежели для других сетей. Поскольку региональные и магистральные телекоммуникационные сети имеют территориально-распределенную структуру с большим количеством сетевых объектов, контроль показателя сквозной задержки сигнала в такой системе обостряется необходимостью его прогнозирования на стадии проектирования сети. При этом не исчезает важность анализа и управления этим параметром на этапах эксплуатации и развития сети.

В этих условиях для операторов связи вопрос создания системы учета показателя сквозной задержки приобретает исключительную важность на этапах проектирования, эксплуатации и развития региональных и магистральных сегментов телекоммуникационных сетей.

В настоящее время при проектировании сети этому параметру уделяется недостаточное внимание. В большинстве случаев, чтобы определить величину сквозной задержки на участках сети, за основу берут результаты тестов при приемо-сдаточных испытаниях, проводимых уже после строительства сети. То есть операторы связи лишены возможности прогнозирования качественных характеристик своих сетей, возникают проблемы анализа этой величины и отсутствуют методы ее уменьшения при необходимости.

Возможность прогнозирования и оценки сквозных задержек требует создания моделей для трактов телекоммуникационных сетей, учитывающих данный показатель. С научной точки зрения данная задача довольно не тривиальна. Современные сетевые тракты региональных и магистральных сегментов телекоммуникационных сетей представляют собой разнородную структуру с разными методами исследования. Согласно тенденциям последних лет на региональных и магистральных сегментах начинает активно применяться оборудование с коммутацией каналов. Однако на физическом и канальном уровнях все равно остается оборудование коммутации каналов. Поэтому их влияние на показатель сквозной задержки сигнала невозможно исключить. Несмотря на существование большого количества работ, изучающих вопросы оценки сквозных задержек на отдельных элементах телекоммуникационных сетей, проблема моделирования этого показателя в сложных сетевых трактах с коммутацией каналов не решена.

Таким образом, актуальность работы заключается в доработке существующих моделей элементов оборудования, составляющих современный сетевой тракт в региональных и магистральных телекоммуникационных сетях.

Задержка существенно влияет на приложения, критичные ко времени (интерактивный трафик и трафик реального времени). Если задержка распространения превышает 200 мс, то такая задержка уже становится чувствительной для качества голосовых приложений, если задержка превышает 400 мс, то качество голоса ухудшается очень сильно, а в видеоприложениях реального времени появляются артефакты. Кроме того, существенное влияние оказывает джиттер задержки (колебания величины задержки во времени), более присущий технологиям с пакетной коммутацией, и в меньшей степени технологиям канальной коммутации, где задержка является почти постоянной величиной.

В процессе проектирования необходимо знать методики, которые помогут при строительстве сети рассчитать величины задержек и выполнить требования заказчика к сети, спрогнозировать и обосновать заданные качественные параметры. Автору не удалось найти упоминаний ни об одной такой методике.

В процессе внедрения новых услуг на существующей сети, необходимо грамотно оценить ресурсы и возможности сети, выбрать оптимальный маршрут и задействовать только те устройства, которые обеспечат заданное качество услуги, а также узнать общую готовность сети к необходимой услуге. Операторы связи вынуждены опираться на SLA, т. е. самостоятельно определяться с показателями качества обслуживания как при выполнении договоренностей, так и при планировании предоставления на своих сетях новых услуг.

Кроме того, на практике оператор связи не в состоянии отследить проблему у клиента, а клиент не в состоянии ничего доказать оператору. Наиболее вероятное, что может сделать оператор — это проконтролировать качество на участках своей сети, без учета последних миль и внутренней инфраструктуры корпоративной сети.

Особый интерес представляет изучение сквозной задержки на физическом и канальном уровнях. Связано это с тем, что начиная с сетевого уровня появляется множество механизмов по минимизации задержки и джиттера задержки. Но большая доля задержки приходится на физический и канальный уровень транспортных технологий. На эту долю после строительства телекоммуникационной сети уже трудно активно влиять, и она до сих пор остается мало изучена теоретически. А единственным способом ее узнать остаются реальные измерения, которые не могут дать комплексной картины по слагаемым измеренной величины.

Объектом исследования является система учета показателей качества работы сети на этапах проектирования, эксплуатации и развития региональных и магистральных телекоммуникационных сетей.

Предметом исследования является временная задержка и латентность сигналов, возникающие в процессе передачи и обработки цифровой информации на физическом и канальном уровнях систем передачи SDH и DWDM.

Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы - повышение показателей качества работы телекоммуникационной сети за счет улучшения значений показателя сквозной задержки. Поставленная цель достигается путем разработки методик анализа и управления показателем сквозной задержки сигналов на этапах проектирования, эксплуатации и развития региональных и магистральных телекоммуникационных сетей, что потребовало проведения исследований и решения следующих задач:

1. Систематизация существующих теоретических и практических результатов исследований показателя сквозной задержки сигнала в сетях связи;

2. Моделирование процессов передачи и обработки информации в региональных и магистральных сетях связи в части показателя сквозной задержки сигнала;

3. Оценка величины временной задержки и латентности сигналов в базовых блоках цифровых систем передачи (SDH и DWDM);

4. Разработка путей совершенствования архитектуры региональных и магистральных телекоммуникационных сетей, обеспечивающих улучшение показателей качества телекоммуникационных услуг;

5. Разработка новой методики проектирования региональных и магистральных телекоммуникационных сетей связи.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Описана структура параметра сквозной задержки для современных сетевых трактов региональных и магистральных телекоммуникационных сетей;

2. Получены аналитические выражения для процессов передачи/обработки информации, обуславливающих временные задержки и латентность сигнала в функциональных элементах устройств цифровых систем передачи с коммутацией каналов;

3. Предложены научно обоснованные направления совершенствования существующей архитектуры и концепция формирования сетевых трактов региональных и магистральных телекоммуникационных сетей, обеспечивающие уменьшение показателя сквозной задержки сигналов;

4. Разработана методика проектирования параметра сквозной задержки сигнала на стадии теоретических расчетов, позволяющая задавать необходимый уровень показателя задержки на новых участках телекоммуникационных сетей и оценивать будущие параметры каналов связи перед их формированием на реальной сети.

Методы исследования. Использование структурно-функционального метода анализа, системного метода, теории оптики, практического опыта эксплуатации оборудования магистральной сети позволило наиболее полно организовать научный поиск и исследование для решения поставленных задач.

Вопросам развития и совершенствования архитектуры телекоммуникационных сетей с учетом параметра сквозной задержки сетевых трактов уделено внимание в работах следующих российских и зарубежных ученых: Галкин А.Н., Гилберт Хелд, Гончаров A.A., Засецкий A.B., Калягин A.M., Костас Сукулис, Котляр В.В., Макаренко A.B., Мак-Квери Стив, Мак-Грю Келли, Медушонков Ю.А., Наний O.E., Новожилов Е.О., Слепов H.H., Стеклов В.К., Шринивас В. и др.

Практическая значимость работы заключается в повышении эффективности реализации проектов на магистральной сети и работы подразделений операторов связи, выполняющих функции по развитию и эксплуатации магистральных сетей. Предлагаемый анализ и методики оценки слагаемых сквозной задержки дают возможность научно обоснованного управления величиной сквозной задержки на существующих и проектируемых участках магистральной оптической сети.

Личный вклад. Все результаты, составляющие содержание диссертационной работы, получены автором самостоятельно.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на VII межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - транспорту» (г. Екатеринбург, 2007 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития» (г. Екатеринбург, 2008г.); Семинар на кафедре "Связь" (г.Екаеринбург, 2010); Научное обсуждение результатов в УрТИСИ СибГУТИ (г.Екатеринбург, 2010).

По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ, из них три - в журнале, входящем в перечень ВАК, две - в научных трудах Международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2009» (г. Екатеринбург, 2009 г.), две - в сборнике научных трудов «Молодые ученые - транспорту-2009» (г.Екатеринбург, 2010 г.), одна работа в журнале «Транспорт Урала» (№2, 2008г.).

Предлагаемые модели основных элементов телекоммуникационной сети с коммутацией каналов позволят прогнозировать показатель сквозной задержки на стадии проектирования, анализировать и разрабатывать механизмы контроля и управления данным показателем, создавать эффективные архитектурные решения на региональных и магистральных телекоммуникационных сетях, оценивать степень достижения требуемого качества новых услуг (каналов) перед их внедрением на существующих сетях. В совокупности это позволит встроить систему учета сквозных задержек сигнала в действующие бизнес-процессы операторов связи.

В процессе подготовки научной работы была накоплена база с большим объемом расчетных и измеренных значений сквозной задержки, которая может существенно облегчить решение задач, связанных с проектированием, внедрением и эксплуатацией современных магистральных сетей связи. Научной работе помогли знания, приобретенные и накопленные за годы участия в эксплуатации и развитии крупнейшей магистральной сети России, компании ОАО "Ростелеком".