IP-телефония и видеосвязь

Некоммерческое акционерное общество
«Алматинскийуниверситет энергетики и связи»
Кафедра ТКС
Пояснительнаязаписка к курсовой работе
Дисциплина: IP-телефония и видеосвязь
Выполнила Нурбаева А. ГруппаМРС-07-2
Руководитель СейсеноваД.О.
Алматы 2011

Введение
Именнона методах пакетной передачи и коммутации построено функционированиесовременных вычислительных сетей. Заложенная в них идея проста: информациялюбого вида (данные, изображение, речь, звук, служебные и управляющие посылки)представляются в виде цифровой последовательности, которая в дальнейшем делитсяна «кванты» пакеты, снабжённые всей необходимой информацией дляидентификации, маршрутизации, коррекции ошибок и прочее. Подобный подходпозволяет в едином информационном русле передавать все виды информации,используя для этого различные пути и средства, применяя универсальные системыкоммутации.
Работаустройств в сети Интернет осуществляется с использованием специальногопротокола IP (Internet Protocol протокол межсетевоговзаимодействия). В настоящее время IP протокол используется не только в сети Интернет, но и в других сетяхпередачи данных с пакетной коммутацией (локальных, корпоративных,региональных). И во всех этих сетях, имеется возможность передавать речевыесообщения с использованием пакетов данных. Такой способ передачи речи получилназвание IP телефония.
Вшироком смысле основная задача IPтелефонии заключается в обеспечении естественного речевого общения двух илинескольких лиц, являющихся абонентами различных коммуникационных сетей, посредствомсети связи с коммутацией пакетов.
IP — телефонияпозволяет существенно сэкономить требуемую полосу пропускания каналов, чтонеизбежно ведёт к снижению тарифов, особенно на междугородние и международныетелефонные разговоры.

Исходныеданные
 
Таблица 1-Доля абонентов по группамГруппа абонентов Последняя цифра номера зачетной книжки 4,5 1 Доля абонентов 1группы, π1 в% 60 2 Доля абонентов 2группы, π2 в% 35 3 Доля абонентов 3группы, π3 в% 5
Таблица2 — Характеристики нагрузки, создаваемой клиентами различной группыПоследняя цифра номера зачетной книжки 9,5 Вызовов в час fi 5 Средняя длительность разговора в минут 3 Объем переданных данных в наибольшей нагрузки V2, Мбайт/с 15 Объем переданных данных в наибольшей нагрузки V3, Мбайт/с 75 Время просмотра видео Тв, минут 55 Мультисервисный узел доступа обслуживает N, абонентов 2500
Таблица 3 — Выбор кодековПредпоследняя номера цифра зачетной книжки 5,7 Кодеки
G.711 u
G.723 m
Таблица4Первая буква фамилии НРШ
число маршрутизаторов
N 30 Последняя цифра номера зачетной книжки 5 ρ1 0,60 ρ2 0,70 ρ2 0,80 Предпоследняя цифра номера зачетной книжки 7 μ, с-1 900 m 1,06

Выполнениязадания
Задача 1
Провестирасчёт производительности узла доступа с учётом структуры нагрузки поступающейот абонентов, пользующихся различными видами услуг.
Расчет:
Расчетпроизводительности узла доступа проводят с учетом всех абонентов, пользующихсяуслугами. Три группы клиентов:
- пользователителефонии, π1
- пользователителефонии и передачи данных, π2;
- пользователителефонии, передачи данных и видео, π3
Каждаягруппа абонентов совершает в среднем fiвызовов в час средней длительностью ti минут.Для второй и третьей группы, необходимо задать объем переданных данных в часнаибольшей нагрузки, величина обозначается Vj, Мбайт/с. Третья группа будетхарактеризоваться еще временем просмотра видео в час наибольшей нагрузки Тв минут,мультисервисный узел доступа обслуживает N абонентов.
Факторывлияющие на качество речи и выбор кодека
Первостепеннымифакторами, определяющими качество голоса являются выбор аудиокодека, времязадержки, джиттер и потери пакетов.
Аудиокодеки- важнейший элемент терминалов Н.323. Они позволяют уменьшить необходимую ширинуголосового канала при сохранении требуемого качества речи. Различных схемсжатия достаточно много, но большинство устройств Н.323 используют кодеки,стандартизированные ITU.пользовательские приложения (например, NetMeeting) могут поддерживатьнеобходимые кодеки, выбирая тот или иной посредством протокола Н.245.
Скоростьоцифровки — определенная битовая скорость, до которой кодек сжимает голосовойканал 64 Кбит/с. Для большинство кодеков она составляют 6,4 и даже 5,3 Кбит/с.Однако следует иметь в виду, что это только скорость сжатия речи. При передачепакетированного голоса по сети расчет потерь протоколов (например, RTP/UDP/IP/Ethernet) скорость, вплоть до скоростипередачи данных.
Задержкаимеет фиксированную и переменную составляющие. Фиксированная задержкаопределяется расстоянием, тогда как переменная зависит от меняющихся сетевыхусловий. Общая задержка складывается из различных компонентов. Рассмотримнаиболее значимые из них:
- Сетевая задержкавносится узловыми элементами сети VoIP. Для ее минимизации необходимо сократить число узлов сети на путипакетов между абонентами. Некоторые провайдеры способны обеспечить задержки насвоих сетях, не превышающие определенный уровень. Кроме того, для уменьшениясетевой задержки речевому трафику задают высший приоритет по отношению кнечувствительному к задержкам потоку данных.
- Задержка кодека вноситсякаждым алгоритмом сжатия. Например, G.723 добавляет фиксированную задержку в 30 мс. У других кодековвстроенная задержка может быть меньше, но при этом возможно снижение качестваречи или увеличение требуемой полосы пропускания.
- Буфер компенсацииджиттера также вносит свою задержку. Джиттером называют отклонения от среднейзадержки следования пакетов. Задержка может быть различной для каждого пакета,в результате чего, отправленные через равный интервал, они прибывают неравномерно,а то и не в исходной последовательности. Так как алгоритм декомпрессии требуетфиксированного интервала между поступлением пакетов, в шлюзе необходим буферкомпенсации джиттера. Он задерживает поступающие пакеты, чтобы передавать их устройствудекомпрессии с заданным интервалом. Кроме того, он также фиксирует любыеошибки, контролируя номер последовательности в полях сообщений протокола RTP. Однако буфер компенсации зачастуювносит весьма значимую задержку. Его размер задают таким, чтобы буферизоватьцелое количество пакетов с учетом ожидаемого значения джиттера. Как правило,для каждого направления задержка буфера-составляет 80 мс.
Выборразмера пакета также влияет на качество речи. Пакеты большого размеразначительно уменьшают необходимую ширину полосы пропускания, но добавляютзадержку пакетирования, так как передатчик тратит больше времени, чтобызаполнить пакет. «Накладные расходы» при пакетной передаче VoIP достаточно высоки. Рассмотримсценарий, где голос сжимается до 8 Кбит/с, а пакеты посылаются каждые 20 мс.Таким образом, размер речевой информации в каждом пакете — 20 байт. Однакочтобы передать эти пакеты по RTP, кним нужно добавить: заголовок Ethernet — 14 байт, заголовок IP — 20 байт, заголовок UDP — 8 байт идополнительные 12 байт для RTP. Вобщей сложности 54 лишних байта, чтобы передать 20 байт голоса.
Основнымимеханизмами обеспечения QoS (Quality of Service) являются: пакетная передача данных. NGN как сеть с коммутацией пакетовотвечает модели системы с ожиданием (ТфОП соответствует модели системы спотерей вызовов). Заявка, поступившая в момент занятости всех каналов, непокинет систему, а будет поставлена в очередь. Пакетизированный голос расходуетполосу пропускания гораздо экономнее — при молчании абонентов информация непередается. Наличие «временного запаса». Временной запас (Тз) — это разницамежду критическим временем доставки информации к абоненту и реальным временемпрохождения пакетов через сеть.
Временнойзапас Тз, который в традиционных сетях связи пренебрегается, в NGN оперативно предоставляется другимприложениям, что в целом благотворно сказывается на параметрах QoS /13/.
Расчётчисла пакетов от первой группы (телефония)
Рассчитаемчисло пакетов создаваемых пользователями телефонии, использующие выбранныеранее кодеки. Параметры кодеков представлены в таблице 1.1.1.

Таблица1.1.1- Параметры кодековКодек
Скор. перед.
RGJ, кбит/с Длит. датаграммы, мс Задержка пакет, мс
ПП для
двунаправленного соединения, кГц
Задержка
в
джиттер-буфере
Теорет.
макс.
оценка
MOS G.711u 64 20 1 174,4 2 датагр, 40 мс 4,4 G.711a 64 20 1 174,4 2 датагр, 40 мс 4,4 G.726-32 32 20 1 110.4 2 датагр, 40 мс 4,22 G.729 8 20 25 62,4 2 датагр, 40 мс 4,07 G.723m 6,3 30 67,5 43,73 2 датагр, 60 мс 3,87 G.723a 5,3 30 67,5 41,6 2 датагр, 60 мс 3,69
Рассчитаемпараметры сети для двух кодеков соответственно варианту. При этом в секундупередаётся
/>, (кадров всекунду) (1.1.1)
ДляG.711u />кадр/с(т.е. без сжатия)
G.723m /> кадр/с (т.е.со сжатием)
Размерпакетизированных данных
hj = Vj·TPDU (1.1.2)
где Vj, — скорость кодирования, байт/с;
Т PDU -длительность одной речевой выборки(длительность пакета).
РассчитатьVj — скорость кодирования, байт/с; hj — размер пакетизированных данных длядвух выбранных согласно варианту кодеков (индекс j соответствует 1-первый кодек без сжатия, 2- второй кодек сосжатием).
Прииспользовании кодека скорость кодирования
Vj = RGJ/8, (байт/с) (1.1.3)

ДляG.711u
/>байт/с (т.е.без сжатия)
G.723m />байт/с (т.е.со сжатием)
Следовательно,
h1 = 8000 ·20·10-3=160 байт(т.е. без сжатия)
h2 = 787,5 ·30·10-3=23,625байт (т.е. со сжатием)
Дляопределения размера пакета необходимо учесть заголовки:
- IP — 20 байт;
- UDP — 8 байт;
- RTP — 12 байт.
Суммарныйразмер пакета для кодека без сжатия
hΣG= hj+ Ip + UDP+ RTP, байт (1.1.4)
hΣG1 = 160 + 20+ 8+ 12=200 байт (т.е. без сжатия)
hΣG2 = 23,625 +20 + 8+ 12=63,625 байт (т.е. со сжатия)
Дляопределения числа пакетов, генерируемых первой группой абонентов, необходимоучесть их долю в общей структуре пользователей, количество вызовов в часнаибольшей нагрузки, среднюю длительность разговора.
N1j = nlj∙tj∙f1∙π1∙N (1.1.5)
где N1j, — число пакетов, генерируемое первой группойпользователей в час наибольшей нагрузки;
n1j — число пакетов, генерируемых всекунду одним абонентом;
t1 — средняя длительность разговора всекундах для первой группы абонентов;
f1 — число вызовов в час наибольшейнагрузки для первой группы абонентов;
π1 — доля пользователей группы 1 в общей структуре абонентов;
N — общее числопользователей.
N11 = 50∙180∙5∙0,6∙2500=67,5·106(т.е. без сжатия)
N12 = 33,3∙180∙5∙0,6∙2500=44,955·106(т.е. со сжатием)
 
Расчётчисла пакетов от второй группы (телефония и интернет) Рассуждения, приведённыедля первой группы абонентов, в полной мере можно применить и ко второй группедля расчёта числа пакетов, возникающих в результате пользования голосовымисервисами. Разница будет лишь в индексах.
N2_Tj = n2j∙t2∙f2∙π2∙N(1.1.6)
где N2_Tj — число пакетов, генерируемое второйгруппой пользователей в час наибольшей нагрузки при использовании голосовыхсервисов;
n2j — число пакетов, генерируемых всекунду одним абонентом;
t2 — средняя длительность разговора всекундах для второй группы абонентов;
f2 — число вызовов в час наибольшейнагрузки для второй группы абонентов;
π2 — доля пользователей группы 2 в общей структуре абонентов;
N — общее числопользователей.
N2_T1 = 50∙180∙5∙0,35∙2500=39,375·106(т.е. без сжатия)
N2_T2 = 33,3∙180∙5∙0,35∙2500=26,22·106(т.е. со сжатием)

Длярасчета числа пакетов, генерируемых второй группой пользователей прииспользовании сервисов передачи данных, необходимо задаться размером пакетов.При построении сети NGN, как правило, на одном или нескольких участках сети науровне звена данных используется та или иная разновидность технологии Ethernet, поэтому использовать пакеты,превышающие максимальную длину поля данных Ethernet, не имеет смысла.Использование пакетов большого размера затрудняет обеспечение качестваобслуживания и на магистральной сети, и в сети доступа.
Длярасчёта числа пакетов в час наибольшей нагрузки необходимо задаться объёмомпереданных данных. Предположим, что абоненты второй группы относятся кинтернет-серверам, т.е. в основном просматривают вебстраницы. Средний объёмданных, переданных за час при таком способе подключения, составит около V2.
Числопакетов, переданных в ЧНН, будет равно:
N2_j = π2 N V2j/h2j (1.1.7)
где N2_j — количество пакетов, генерируемых в час наибольшейнагрузки абонентами второй группы при использовании сервисов передачи данных;
π2 — доля пользователей группы 2 в общей структуре абонентов;
h2j — размер поля данных пакета;
N — общее число пользователей.
N2_1 = 0,35∙2500∙15∙1024∙1024/160=86∙106(т.е. без сжатия)
N2_2 = 0,35∙2500∙15∙1024∙1024/23,625=582,542222∙106(т.е. со сжатием)
Суммарноечисло пакетов, генерируемых второй группой пользователей в ceть в час наибольшейнагрузке, будет равно

N2J=N2_Tj + N2_j(1.1.8)
N21=39,375·106+86·106 =125,375·106 (т.е. без сжатия)
N22=26,22·106+ 582, 542222∙106=608,762222·106 (т.е. со сжатием)
Расчётчисла пакетов от третьей группы абонентов (triple play) Все рассуждения, проведённые относительно первыхдвух групп, остаются в силе и для третьей группы, применительно к сервисампередачи голоса, а именно:
N3_Tj =n3j t3_T f3 π3∙N (1.1.9)
где N3_T — число пакетов, генерируемое третьей группой пользователей в час наибольшей нагрузкипри использовании голосовых сервисов;
n1j — число пакетов, генерируемых всекунду одним абонентом;
t3 — средняя длительность разговора всекундах;
f3 — число вызовов в час наибольшейнагрузки;
π3 — доля пользователей группы 3 в общей структуре абонентов;
N — общее числопользователей.
N3_T1 =50∙180∙5∙0,05∙2500=5,525∙106(т.е. без сжатия)
N3_T2 =33,3∙180∙5∙0,05∙2500=3,746250∙106(т.е. со сжатием)
Предположим,что абоненты третьей группы относятся к «активным» пользователям интернета,т.е., используют не только http,но и ftp, а также прибегают к услугампиринговых сетей. Объём переданных и принятых данных при таком использованииинтернета составляет до V3.Число пакетов, переданных в ЧНН, будет равно
N3_j= π3∙N∙V3/hj (1.1.10)
N3_j= 0,05∙2500∙75∙1024∙1024/160=61,44∙106(т.е. без сжатия)
N3_j= 0,05∙2500∙75∙1024∙1024/23,625=416,101587∙106(т.е. со сжатием)

Одной изнаиболее перспективных и динамически развивающихся услуг является IPTV — передача каналов телевещания спомощью протокола IP. При организацииданного сервиса для каждого пользователя в транзитной сети доступа не требуетсявыделения индивидуальной полосы пропускания. До мультисервисного узла доходитопределённое количество каналов, которые распределяются между заказчикамиуслуги, причём существует возможность организации широковещательной рассылки.
Например,при скорости передачи v иразмере полезной нагрузки пакета h,число пакетов, возникающих при трансляции одного канала, равно:
n3j = v/hj(1.1.11)
n31 = 2048000 /160∙8=1600 (т.е. безсжатия)
n32 =2048000 /23,625∙8= 10836 (т.е.со сжатием)
Количествопакетов, передаваемых по каналами в ЧНН, составит
N3i_Bj=π3∙N∙n3i∙t3B_ (1.1.12)
где N3i_b — число пакетов, генерируемое третьей группой пользователей в час наибольшейнагрузки при использовании видео-сервисов сервисов;
n3i- число пакетов, генерируемых всекунду одним абонентом при использовании просмотре видео, сжатого по стандартуMPEG2;
t3B- среднее время просмотра каналов вЧНН, сек;
π3-доля пользователей группы 3 в общей структуре абонентов;
N — общее числопользователей.
N31_B1=0,05∙2500∙1600∙3300=660∙106(т.е. без сжатия)
N32_B2=0,05∙2500∙10836∙3300=4469,85∙106(т.е. со сжатием)

Суммарноечисло пакетов, генерируемых третьей группой пользователей и сеть в часнаибольшей нагрузке, будет равно
N3j = N3 J_T+N3j+N3j_b (1.1.13)
N31=5,525∙106+61,44∙106 +660∙106=726,965∙106 (т.е. без сжатия)
N32=3,74625∙106+416,101587∙106+4469,85∙106= 4889,698∙106 (т.е.со сжатием)
Требованияк производительности мультисервисного узла доступа Мультисервисный узел доступадолжен обслуживать трафик от всех трёх групп пользователей. Кроме того, именноузел доступа должен обеспечить поддержку качества обслуживания путемприоритезации трафика, которая должна осуществляться независимо от используемойтехнологии транспортной сети доступа.
Суммарноечисло пакетов, которое должен обработать мультисервисный узел доступа, будетравно:
NΣG1= N1j+ N2j+ N3j= n1j t∙fπ1∙N+(n1j t2 f2 π2∙N+ π2∙N V2/hj)+
+( n3j t3 f3 π3∙N+ π3∙N V3/hj+π3∙N n3j t3_B) (1.1.14)
NΣG1= N11+ N21+ N31= 67,5·106+125,375·106+726,965·106 =919,84·106 (т.е. без сжатия)
NΣG2= N12+ N22+ N32= 44,955·106+608,762222·106+4889,698∙106=5543,415222·106 (т.е. со сжатием)
Учитывая,что:
t1=t2 = t3 = t — средняя длительность разговора в секундах;
f3= f2= f1= f — число вызовов в ЧНН;
получим

NΣG1= N∙(n1j∙t∙f (π1+ π2+π3)∙N V2/hj)+N/hj (π2∙V2 +π3∙V3+ π3∙N∙ n3j∙ t3_B)(1.1.15)
NΣG1=2500∙(50∙180∙5∙1∙2500∙15∙1024∙1024/160)+2500/160∙(15∙1024∙1024∙0,35+75∙1024∙1024∙0,05+0,05∙2500∙1600∙3300)=2,765∙1016(т.е. без сжатия)
NΣG2=2500∙(33,3∙180∙5∙1∙2500∙15∙1024∙1024/23,625)+2500/23,625(15∙1024∙1024∙0,35+75∙1024∙1024∙0,05+0,05∙2500∙10836∙3300)=12,47∙1016(т.е. со сжатием)
Учитывая,что π1+ π2+ π3=1, получим
NΣj=N∙(n1j∙t∙f + (π2∙V2 +π3∙V3)/hj) + π3N∙ n3j ∙t3_B(1.1.16)
NΣ1=2500∙(50∙180∙5+(0,35∙15∙1024∙1024+0,75∙75∙1024∙1024)/160)+0,05∙2500∙1600∙3300=1,78∙109пакетов в час (т.е. без сжатия)
NΣ2=2500∙(33,3∙180∙5+(0,35∙15∙1024∙1024+0,75∙75∙1024∙1024)/23,625)+0,05∙2500∙10836∙3300=11,37∙109пакетов в час (т.е. со сжатием)
Среднеечисло пакетов в секунду рассчитывается для двух выбранных кодеков и равно
NΣ_секj= NΣj/3600, (1.1.17)
NΣ_сек1= NΣ1/3600=4,94∙105 пакетов в секунду
NΣ_сек2= NΣ2/3600=31,583∙105 пакетов в секунду
Данныепоказатели позволяют оценить требования к производительности и маршрутизатора,агрегирующего трафик мультисервисной сети доступа NGN.
Анализируетсякак и какие группы сети больше всего загружают систему для рассчитываемых длинпакетов. Для этого формируется таблица 1.1.2 и строится диаграмма рисунок1.1.2.

Таблица1.1.2 — Количество передаваемых пакетов в сек для трех групп пользователей количество передаваемых пакетов в сек G.711 u G.723 m
1 группа (π1),%
67,5·106
44,955·106
2 группа (π2) ,%
125,375·106
608,762222·106
3 группа (π3) ,%
726,965∙106
4889,698∙106
/>
Рисунок1.1.2 — Пример доли передаваемых пакетов тремя группами
Примервывода о загрузке системы пользователями трех групп.
Изграфика видно, что наибольший передаваемый трафик идет на первую группу прикодеке G.711u и G.723 m, которая составляет всего лишь 5% отобщего числа пользователей. Пользователи обычной телефонии, при еепреобладающем количестве, загружают систему больше всех.
Задача2
Требованияк полосе пропускания определяются гарантиями качества обслуживания,предоставляемыми оператором пользователю. Параметры QoS описаны в рекомендации ITU Y. 1541.
Числогенерирующих пакетов, возникающих в ЧНН, будет равно

/> (1.2.1)
где Ntel — число пакетов телефонии,генерируемое всеми пользователями в час наибольшей нагрузки;
Nint — числопакетов интернета, генерируемое второй группой пользователей в час наибольшейнагрузки
π2H — доля пользователей группы 2 вобщей структуре абонентов
nj — число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании кодека;
t- средняядлительность разговора в секундах;
f — число вызововв час наибольшей нагрузки;
N — общее числопользователей.
/> для G.711 u
/> для G.723 m
Числопакетов в секунду:
/> (1.2.2)
/> для G.711 u
/> для G.723 m
Среднеевремя обслуживания одного пакета при норме задержки: (1.2.3)

/> 
/>
Коэффициентиспользования:
 
ρj=λ j∙τj(1.2.4)
ρ1=336∙103∙2,97∙10-6=0,99792
ρ2=370∙103∙2,7∙10-6=0,999
Прииспользовании системы на 50%:
/>
/>
Интенсивностьобслуживания связана со средним временем задержки пакета в сети доступа обратнопропорционально:
 
/> (1.2.5)
/>
/>
Требуемаяпропускная способность:

φj = βj∙hj (1.2.6)
φ1= /> бит/с
φ2= /> бит/с
Зависимостьмаксимальной величины для средней длительности обслуживания одного пакета отсреднего времени задержки в сети доступа.
телефония тунеллирование абонент кодек
/> (1.2.7)
Построимданные зависимости при помощи прикладной программы MathCad.
/>
/>
/>
/>
/>
Рисунок1.2.1- Зависимость максимальной величины для средней длительности обслуживанияодного пакета от среднего времени задержки в сети доступа для кодека G.711u

/>
/>
Рисунок1.2.2- Зависимость максимальной величины для средней длительности обслуживанияодного пакета от среднего времени задержки в сети доступа для кодека G.723m
Сравнимполученные результаты.
/>
Рисунок1.2.3 — Пример отображения результатов расчета, требуемой полосы пропускания

Изграфика видно, что для передачи информации одного объема, необходима различнаяполоса пропускания, в данном случае при использовании кодека G.711u с длиной пакета 160 байт необходима большая полосапропускания, чем при использовании кодека G.723 m сдлиной пакета 23,625 байт.
Задача3
Провестирасчет математической модели эффекта туннелирования в MPLS, применив MATHCAD или другую программу.
Наоснове результатов расчета сравнить различные варианты и сделать выводы овозможности организации туннеля между первым узлом и узлом N.
Вконтексте поставленной задачи поиска стратегии принятия решения об организации LSP-туннеля для оценки альтернативноговарианта суммарного времени V2(N) пребывания пакета в LSP-пути без туннеля допустимо использовать В-формулуЭрланга в качестве адекватной оценки, позволяющей произвести сравнение с V1(N).
Само посебе решение об организации LSP-туннелясогласно предложенному здесь алгоритму сводится к анализу двух (с туннелем ибез туннеля) значений среднего совокупного времени пребывания пакета в узлах от1 до yзла N.
Здесь:
λ — интенсивностьвходного потока заявок;
1/μ- среднее время обслуживания в системе М/М/m в стационарных условиях;
ρ=λ/μнагрузка, обслуживаемая узлом LSP-маршрута;
m — поправочныйкоэффициент.
LER — Label edge router (краевой маршрутизатор меток) -маршрутизатор,инициирующий LSP в сети MPLS
LSP — Label switched path (коммутируемый посредством меток маршрут) — обеспечиваемый между двумя маршрутизаторами поток пакетов MPLS (маршрут). В общих чертах LSP аналогичны каналам в технологии ATM и Frame Relay.
LSR — Label switched router ( маршрутизатор с коммутацией меток) — один измаршрутизаторов MPLS, устанавливаемый между LER,обеспечивающий создание LSP.
Расчет:
Алгоритмтуннелирования в сети MPLS
Основноеотличие технологии MPLS — IP- маршрутизаторы анализируютзаголовок каждого пакета, чтобы выбрать направление для его пересылки кследующему маршрутизатору, в технологии MPLS заголовок анализируется только один раз на входе всеть, после чего устанавливается соответствие между пакетом и потоком.
Принципкоммутации MPLS основывается на обмене меток. Любойпередаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня FEC (Forwarding Equivalence Class), каждый из которых идентифицируется определеннойметкой. Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узламисети MPLS, которые называются такжемаршрутизаторами, коммутирующими по меткам LSR (Label Switching Router). На рисунке 1.3.1 пограничныймаршрутизатор LSR1 — входной, a LSR4 -выходной маршрутизатор. Последовательностьмаршрутизаторов (LSR1,..., LSR4), через которые проходят пакеты,принадлежащие одному FEC,образует виртуальный тракт LSP,коммутируемый по меткам, LSP (Label Switching Path).
Такимобразом, главная особенность MPLS — отделение процесса коммутации пакета от анализа IP — адресов в его заголовке, что открывает ряд возможностей.

/>
Рисунок 1.3.1-Организация туннеля
Существуетеще одно весьма важное достоинство MPLS — возможность в рамках архитектуры MPLS вместе с пакетом передавать не одну метку, а стекметок.
Операциидобавления/изъятия метки определены как операции на стеке (push/pop). Результат коммутации задает лишь верхняя меткастека, нижние же передаются прозрачно до операции изъятия верхней. Такой подходпозволяет создавать иерархию потоков в сети MPLS и организовывать туннельные передачи.
Речьидет о возможности управления в MPLSвсем трактом передачи пакета без специфицирования в явном виде промежуточных маршрутизаторов.Эго достигается путем создания туннелей через промежуточные маршрутизаторы,которые могут охватывать несколько сетевых сегментов, как это изображено нарисунке 1.3.1.
Математическаямодель эффекта туннелирования в MPLSпредставляет собой сеть массового обслуживания с последовательными очередями.
Оцениваемымипараметрами являются: среднее время обслуживания без прерывания (периодзанятости) и среднее время пребывания пакета в n-м узле. Обслуживаемые за период занятости (т.е. непрерывно,без освобождения) пакеты объединяются в группу на выходе узла и называютсяпачкой. Средняя длина такой пачки выражается числом пакетов. На вход граничногоузла 1 поступает пуассоновский поток сообщений с интенсивностью входного потоказаявок 1/μи средним временем обслуживания в системе М/М/m в стационарных условиях (приρ=λ/μmλ. Но при последовательно соединенных очередях мы неможем рассматривать каждый узел независимо от других.
Если мырассматриваем два следующих один за другим сообщения на узле n (n≥2), интервал времени между поступлением этих двух сообщенийзависит от времен поступления и обслуживания на предыдущих узлах.
/>
Рисунок1.3.2 — Сцепление пачек k-1 и k в узле n
Специфическоеповедение первого узла (n=1)очевидно и связано с тем, что сообщения поступают напрямую, не проходя черезкакой-либо узел. Специфика режима работы второго узла (n=2) может рассматриваться как реальный источник пачексообщений. Сложность поведения пакетов в нем обусловлена двумя явлениями:
а) сцеплениемпачек, исходящих от первого узла;
б) фрагментациейэтих же пачек.
Первоеявление сцепления относится не только ко второму, но и к любому не первому узлуn (n≠1) и связано с тем, первый пакет k — ой пачки догоняет на этом узлепоследний пакет (k — 1) — ой пачки, и обе пачки — k — я и (k — 1)-я — соответствующим образом сцепляются, как этопоказано на рисунке 4 Второе явление фрагментации, которое иллюстрирует рисунок5, не столь очевидно и имеет место только во втором узле, но тоже вполненаглядно. Пусть в первом узле обслуживается пакет номер j из пачки к и в этот момент на тот жепервый узел поступает следующий пакет номер j + 1, время обслуживания которого превышает времяобслуживания пакета j. Пусть наследующем втором узле в этот момент нет очереди, и пакет j обслуживается, как только онпоступает на узел 2, пакеты j + 1и j начинают обслуживаться одновременнона узлах 1 и 2, соответственно. Когда пакет j затем покидает узел 2, пакет j+1 всё ещё продолжает обрабатываться на узле 1, поскольку времяего обслуживания дольше.
/>
Рисунок1.3.3 — Фрагментация пачки k вузле n
Математическийанализ этих двух явлений эффекта туннелирования MPLS позволяет вывести следующую формулу для временипребывания пакета в туннеле из Nузлов:
/> (1.3.1)
где γ-постоянная Эйлера (γ≈0.577), N > 2.
Формула(1.3.1) позволяет рассчитать целесообразность организации туннеля в LSP для индивидуальных пар «исходящийузел — узел назначения» при заданных загрузке сети р и нормативах качестваобслуживания. С ее помощью дается можно показать, что отдельные туннелированныеLSP в наиболее реалистических случаях, вероятно, должны являтьсяпредпочтительным режимом работы.
Рассмотриммаршрут в MPLS — сети, который состоит из N узлов и физических каналов передачиданных между ними. Маршрут соответствует трем объектам: LSRH (LSR источника), LSRн (LSR назначения) и классом обслуживаниятрафика, передачи.
Пустьλ-прежнему означает число запросов, а 1/μ означает усредненное времяопределяемым допустимым временем интенсивности пуассоновского потокаобслуживания сообщений в узле. Соответственно, ρ=λ/μ означаетнагрузку, обслуживаемую узлом LSP-маршрута. Обслуживание же этой нагрузки узлами, входящими в данный LSP- маршрут, и является основнойработой данного фрагмента сети MPLS.
Вконтексте поставленной задачи поиска стратегии принятия решения об организации LSP- туннеля для оценки альтернативноговарианта суммарного времени V2(N) пребывания пакета в LSP- пути без туннеля допустимо использовать В-формулуЭрланга в качестве адекватной оценки, позволяющей произвести сравнение с V1 (N).
Нарисунке 1.3.4 представлены оба варианта передачи сообщений при наличии или приотсутствии LSP- туннеля. В первом случае суммарноевремя пребывания пакета в сети равно V1 (N), а во втором случае времяпребывания того же пакета в сети равно V2(N). Дляаналитического исследования ситуации отсутствия LSP- туннеля узел п, передающий пакеты по LSP, целесообразно описать с помощьюмодели М/М/1/К со скоростью передачи
μ2=μ/(1+μ)
пакетовв секунду и максимальным числом к пакетов, и которое он может хранить в своейбуферной памяти. Пакеты в этой модели являются теми же самыми, что в случаеорганизации туннеля, а ограничение на размер буфера выбрано так, чтобы условияв вариантах наличия или отсутствия туннеля были бы абсолютно одинаковы.
Инженерныеразличия между MPLS итрадиционным туннелированием состоит в модели топологии MPLS. Традиционные туннели всегдапроходят от одной границы до другой насквозь через сеть. В случае MPLS туннели могут создаваться внутрисети для управления трафиком только в части сети.т.е в LSP из М маршрутизаторов от входящего LSRi до исходящего LSRmможно создать LSP-туннель, например, от входящего LSRs до исходящего LSRn, при N
Шаг 1.Полагается N = М.
Шаг 2.Для п = 1,2 N определяются величины размера пачкив Кn по формуле
/> (1.3.2)
Шаг 3.Определяется время V2(N) пребывания пакета в LSP — пути сети MPLS из N узлов (маршрутизаторов) безорганизации LSP — туннеля при наличии ограниченнойочереди к узлу n длиной Кn по формуле
/> (1.3.3)
Шаг 4.Определяется время Vt(N) пребывания пакета в LSP — туннеле из N узлов по формуле (1.3.1)

/> />
/> />

/>
Рисунок 1.3.5 — Графикзависимости V1(N) и V2(N) от N при />=0,6
/> />

/>
Рисунок 1.3.6 — Графикзависимости V1(N) и V2(N) от N при />=0,7
/> />

/>
Рисунок 1.3.7 — Графикзависимости V1(N) и V2(N) от N при />=0,8
Из рисунков видно, чтопри р = 0,6 эффективна организация туннеля при N≤5; р = 0,7; р = 0,8 организациятуннеля не требуется.

Заключение
 
Даннаякурсовая работа предусматривала решение трех заданий, со сравнением двухкодеков G.711 u и G.723 m. В ходе решения курсовой работы былиразработаны и рассчитаны производительность узла доступа с учётом структурынагрузки поступающей от абонентов, пользующихся различными видами услуг. Изусловия было известно, 3 группы: 1-ая — 60%, 2-ая — 35%,3-ая – 5%. Из которой«активные» пользователи интернета, прибегающие к услугам пиринговых сетей (5%) загружаютсистему больше всех, что было изображено графически.
Вовторой задаче необходимо было посчитать требуемую полосу пропускания. Результатрасчета был изображен графически, построенная модель высчитывает параметрысети, а именно время и интенсивность обслуживания одного IP-пакета определенной длины, отвремени задержки в сети доступа. Откуда видно, что для передачи информацииодного объема, необходима различная полоса пропускания, в данном случае прииспользовании кодека G.711u с длиной пакета 160 байт необходима большая полосапропускания, чем при использовании кодека G.723 m сдлиной пакета 23,625 байт.
В третьей задаче провелирасчет математической модели эффекта туннелирования в MPLS, применив MATHCAD. На основе результатов расчета сравнить различные варианты исделать вывод о том, что при р = 0,6 эффективна организация туннеля при N≤5;р = 0,7; р = 0,8 организация туннеля не требуется.

Список литературы
 
1. Г.С.Казисва. IP-телефония ивидеосвязь: Методические указания к выполнению курсовой работы, для студентоввсех форм обучения для специальности 513071900 — Радиотехника, электроника ителекоммуникации. Алматы: АУЭС, 2010. с.
2. БудниковВ.Ю., Пономарев Б.А. Технологии обеспечения качества обслуживания вмультисервисных сетях / Вестник связи.- 2000.- №9.
3. ВаракинЛ. Телекоммуникационный феномен России / Вестник связи International.- 1999.-№4.
4. ВарламоваЕ. IP-телефония в России / Connect! Мир связи.- 1999.- №9.
5. ГольдштейнБ.С. Сигнализация в сетях связи.-т. 1.- М.: Радио
и связь, 1998.
6. ГольдштейнБ.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. Интеллектуальные сети.- М.: Радио и связь, 2000.
7. КузнецовА.Е., Пинчук А. В., Суховицкий А.Л. Построение сетей IP-телефонии /Компьютерная телефония.- 2000.- №6.