Тема: Расчёт производительности узла доступа

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій

Навчально-науковий інститут телекомунікацій та інформатизації

КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Методична розробка

Для проведення практичного заняття з навчальної дисципліни “Глобальна інформаційна інфраструктура”

Модуль 2 Транспортні технології ГІІ

ТЕМА 4.

Практичне заняття 5 Розрахунок продуктивності вузла доступу

КИЇВ – 2012

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій

Навчально-науковий інститут телекомунікацій та інформатизації

КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідуючий кафедрою

_______к.т.н., доцент М.П. Гніденко

(підпис, прізвище)

“ ____ “ _____________ 2012 року

Модуль 2 Транспортні технології ГІІ

ТЕМА 4.

Практичне заняття 5 Розрахунок продуктивності вузла доступу

Обговоренo на засіданні кафедри

Протокол №

«» 2012р..

.

КИЇВ – 2012

Навчальні питання

Тема: Расчёт производительности узла доступа

Расчёт производительности узла доступа для новых групп пользователей необходимо проводить с учётом «старых» групп, использующих из всего спектра предоставляемых услуг только телефонию. Кроме того, необходимо учесть ту часть пользователей, которая, кроме телефонной связи, пользуется услугами передачи данных. Количество таких абонентов в процентном соотношении значительно меньше количества «традиционных» пользователей, однако больше числа «продвинутых» абонентов, заказывающих услуги видеоконференций, VoD и т.п.

Рисунок 1 - Состав абонентов сети доступа.

Исходные данные:

№ группы	Доля пользователей π, %	Среднее количество вызовов в ЧНН f	Длительность вызовов в ЧНН t, мин./ просмотра видео tв	Объем переданных даны в ЧНН V, Мбайт
				-
			2/60

Необходимо определить число IP-пакетов, генерируемых каждой группой в час наибольшей нагрузки, при условии, что мультисервисный узел доступа обслуживает N = 4000 абонентов.

1 Расчёт числа пакетов от первой группы (телефония)

Для расчёта числа пакетов создаваемых пользователями телефонии, необходимо задаться типом используемого кодека. На сегодняшний день в сетях IP-телефонии реально используются кодеки, представленные в таблице 4-1.

Таблица 0‑1. Параметры кодеков.

Кодек	Скорость передачи, кбит/с	Длительность датаграм-мы, мс	Задержка пакетизации, мс	Полоса пропускания для двунаправ-ленного соединения, кГц	Задержка в джиттер-буфере	Теоре-тическая максималь-ная оценка MOS
G.711u				174,4	2 датаграммы, 40 мс	4,4
G.711a				174,4	2 датаграммы, 40 мс	4,4
G.726-32				110.4	2 датаграммы, 40 мс	4,22
G.729				62,4	2 датаграммы, 40 мс	4,07
G.723m	6,3		67,5	43,73	2 датаграммы, 60 мс	3,87
G.723a	5,3		67,5	41,6	2 датаграммы, 60 мс	3,69

Наилучшее качество речи обеспечивает кодек G.711. Длительность дейтаграммы T_PDU равна 20 мс, согласно рекомендации RFC 1889. При этом в секунду передаётся

n₁ = 1/ T_PDU (1)

кадров.

n₁ = 1/0,02 = 50 (кадров в секунду)

Размер пакетизированных данных

h = v·T_PDU (2)

где

v – скорость кодирования, байт/с; (1 Байт = 8 битов)

h – размер пакетизированных данных;

T_PDU – длительность одной речевой выборки (длительность пакета).

При использовании кодека G.711 скорость кодирования

v = 64000/8 = 8000 (байт/с)

h = 8000· 0,020 = 160 (байт)

Для определения размера пакета необходимо учесть заголовки:

· Ip – 20 байт;

· UDP – 8 байт;

· RTP – 12 байт.

В каждом TCP/IP-пакете IP- и TCP-заголовки составляют в сумме 40 байт

Суммарный размер пакета – 160 + 20 + 8 +12 = 200 байт.

Для определения числа пакетов, генерируемых первой группой абонентов, необходимо учесть их долю в общей структуре пользователей, количество вызовов в час наибольшей нагрузки, среднюю длительность разговора.

N₁ = n₁· t₁·f₁·p₁·N (3)

где:

· N₁ – число пакетов, генерируемое первой группой пользователей в час наибольшей нагрузки;

· n₁ – число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании кодека G.711;

· t₁ – средняя длительность разговора в секундах для первой группы абонентов;

· f₁ – число вызовов в час наибольшей нагрузки для первой группы абонентов;

· p₁ – доля пользователей группы 1 в общей структуре абонентов;

· N – общее число пользователей.

N₁ = 4000*50*120*5*0,8=

2 Расчёт числа пакетов от второй группы (телефония и интернет)

Рассуждения, приведённые для первой группы абонентов, в полной мере можно применить и ко второй группе для расчёта числа пакетов, возникающих в результате пользования голосовыми сервисами. Разница будет лишь в индексах.

N_{2_т} = n₁· t₂· f₂·p₂· N (4)

где:

· N_{2_т} – число пакетов, генерируемое второй группой пользователей в час наибольшей нагрузки при использовании голосовых сервисов;

· n₁ – число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании кодека G.711;

· t₂ – средняя длительность разговора в секундах для второй группы абонентов;

· f₂ – число вызовов в час наибольшей нагрузки для второй группы абонентов;

· p₂ – доля пользователей группы 2 в общей структуре абонентов;

· N – общее число пользователей.

Для расчёта числа пакетов, генерируемых второй группой пользователей при использовании сервисов передачи данных, необходимо задаться размером пакетов. При построении сети NGN, как правило, на одном или нескольких участках сети на уровне звена данных используется та или иная разновидность технологии Ethernet, поэтому использовать пакеты, превышающие максимальную длину поля данных Ethernet, не имеет смысла. Очень длинный пакет рано или поздно будет фрагментирован, что приведёт, во-первых, к излишней нагрузке на коммутаторы, и, во-вторых, к возможным перезапросам в случае потерь. Кроме того, использование пакетов большого размера затрудняет обеспечение качества обслуживания и на магистральной сети, и в сети доступа. Более того, как правило, корпоративные пользователи устанавливают на границе своей сети файервол, который, иногда, ограничивает максимальный размер кадра. Поэтому для расчёта выберем одинаковые размеры пакетов и при передаче данных, и при передаче голосового трафика – полезная нагрузка 160 байт. При передаче данных вместо протоколов RTP и UDP используется TCP, вносящий точно такую же избыточность (20 байт).

Для расчёта числа пакетов в час наибольшей нагрузки необходимо задаться объёмом переданных данных. Предположим, что абоненты второй группы относятся к интернет-сёрферам, т.е. в основном просматривают веб-страницы. Средний объём данных, переданных за час при таком способе подключения, составит около V₂ = 10 Мбайт = 80 Мбит. Число пакетов, переданных в ЧНН, будет равно

N_{2_д} = p₂· N ·V₂/h (5)

где

· N_{2_д} – количество пакетов, генерируемых в час наибольшей нагрузки абонентами второй группы при использовании сервисов передачи данных;

· p₂ – доля пользователей группы 2 в общей структуре абонентов;

· h – размер поля данных пакета;

· N – общее число пользователей.

Суммарное число пакетов, генерируемых второй группой пользователей в сеть в час наибольшей нагрузке, будет равно

N₂ = N_{2_т} + N_{2_д} (2)

N₂ =(50*120*5*0,15*4000)+(0,15*4000*80*10⁶ :200)=

1. Расчёт числа пакетов от третьей группы абонентов (triple play)

Все рассуждения, проведённые относительно первых двух групп, остаются в силе и для третьей группы, применительно к сервисам передачи голоса, а именно:

N_{3_т} = n₁· t_{3_т}· f₃· p₃· N (4.7)

где:

· N_{3_т} – число пакетов, генерируемое третьей группой пользователей в час наибольшей нагрузки при использовании голосовых сервисов;

· n₁ – число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании кодека G.711;

· t₃ – средняя длительность разговора в секундах;

· f₃ – число вызовов в час наибольшей нагрузки;

· p₃ – доля пользователей группы 3 в общей структуре абонентов;

· N – общее число пользователей.

Предположим, что абоненты третьей группы относятся к «активным» пользователям интернета, т.е., используют не только http, но и ftp, а также прибегают к услугам пиринговых сетей. Объём переданных и принятых данных данных при таком использовании интернета составляет до V₃ = 100 Мбайт = 800 Мбит.

Число пакетов, переданных в ЧНН, будет равно

N_{3_д} = p₃· N · V₃/h (4.8)

Для расчёта числа пакетов, генерируемых пользователями видео-услуг, воспользуемся соображениями относительно размера пакета, приведёнными в предыдущем пункте. Размер пакета не должен превосходить 200 байт (вместе с накладными расходами).

Одной из наиболее перспективных и динамически развивающихся услуг является IPTV – передача каналов телевещания с помощью протокола IP. При организации данного сервиса для каждого пользователя в транзитной сети доступа не требуется выделения индивидуальной полосы пропускания. До мультисервисного узла доходит определённое количество каналов, которые распределяются между заказчиками услуги, причём существует возможность организации широковещательной рассылки. Допустим, что в мультисервисной сети предоставляется возможность просмотра K_tv = 40 каналов вещания. Для обеспечения удовлетворительного качества скорость кодирования должна быть порядка 2 Мбит/с.

Итак, при скорости передачи v = 2048000 бит/с и размере полезной нагрузки пакета h = 160 байт = 1280 бит число пакетов, возникающих при трансляции одного канала, равно:

n₃ = v/h (9)

n₃ = 2048000/1280 = 1600 (пакетов в секунду)

Количество пакетов, генерируемых 40 каналами в ЧНН, составит

N_{3_В} = K_tv · n₃ · t_{3_В} · 60 (10)

Где:

· N_{3_В} – число пакетов, генерируемое третьей группой пользователей в час наибольшей нагрузки при использовании видео-сервисов сервисов;

· n₃ – число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании просмотре видео, сжатого по стандарту MPEG2;

· K_tv – число каналов вещания, организуемых в мультисервисной сети.

· t_{3_В} – среднее время просмотра каналов в ЧНН, мин.

Суммарное число пакетов, генерируемых третьей группой пользователей в сеть в час наибольшей нагрузке, будет равно

N₃ = N_{3_т} + N_{3_д} + N_{3_В} (11)

N₃=(50*120*5*0,05*4000)+

+(0,05*4000*800/(160*8))+

+(40*1600*60*60)=

N_Σ= N₁ + N₂ + N₃=350400163(пакетов в час)

Среднее число пакетов в секунду равно

= N_Σ/3600

N_{Σ_сек}=97334(пакета в секунду)

Данный показатель позволяет оценить требования к производительности маршрутизатора, агрегирующего трафик мультисервисной сети доступа NGN. Анализ приложения 1 показывает, что выбор такого маршрутизатора осуществляется из весьма ограниченного количества вариантов.