Дослідження способів забезпечення часової прозорості асинхронних ТК-мереж

Abstract

Work is devoted development and research of new methods of indemnification of jittera by the additional delay of barns in the buffer of knot of commutation at the different levels of his load for providing of sentinel transparency of asynchronous telecommunication networks. The method of calculation of indexes of sentinel transparency of network is offered, which takes into account necessary quality of service traffic and allows to forecast the mean value of delay and jitter time of delivery, and also value of probability of loss of barns. Based on him, a new adaptive buffer algorithm is offered and perceptual is investigational a buffer algorithm is optimized. Research of buffer algorithms rotined that at diminishing of probability of loss of barns through overflow buffer of switchgear time of delay is increased and jitter. Perceptual optimized a buffer algorithm provides the value of MOS=2,43-3,42, that on 0,05-1,0 better MOS of the known buffer algorithms on the basis of determination of mean time of delay of packages, however results in the increase of losses of packages from p=4,9 to 10,5%. A mathematical model is developed for determining a size buffer of knot of commutation by the estimation of delay for the different classes of traffic with the use of theory queuing system (SMO of the type M/D/1/X); certain time of expectation and service at the set probability of loss of barns. The results of the conducted research allow, depending on the legitimate values of probability of loss of barns loss P in a buffer and time of delay of barns i T , to choose the maximal load ρ of knot of commutation or communication channel and channel capacity (or internal performance in the knot of commutation), and also define the necessary size of buffer. The got results can be the qualities of services utillized for an increase in a telecommunication network on a base ATM. Работа посвящена разработке и исследованию новых методов компенсации джиттера путем дополнительной задержки ячеек в буфере узла коммутации при разных уровнях его загрузки для обеспечения временной прозрачности асинхронных телекоммуникационных сетей. Временную прозрачность сети АТМ для интерактивных служб можно характеризовать временем задержки, при котором вероятность потери ячейки не превосходит допустимого (нормативного) значения. В сетях АТМ процессы доставки ячеек в отдельных звеньях сети и обработки в разных коммутационных устройствах можно считать практически независимыми, что позволяет определить среднее значение и дисперсию времени задержки ячейки между отправителем и получателем. Предложен метод расчета дополнительной задержки ячеек для устранения джиттера, который учитывает необходимое качество обслуживания трафика и позволяет прогнозировать среднее значение задержки и джиттер времени доставки, а также значение вероятности потери ячеек. При расчетах использовалась одноканальная система массового обслуживания с пуассоновским потоком на входе, постоянным временами обслуживания и бесконечной емкостью буфера. Эта модель хорошо аппроксимирует поток ячеек от большого числа источников. Однако на практике коммутационное оборудование всегда имеет ограниченную емкость буфера, а нагрузка поступает пачками. В этом случае существует вероятность переполнения. Предложен новый адаптивный буферный алгоритм и исследован перцептуально оптимизированный буферный алгоритм. Исследование буферных алгоритмов показало, что при уменьшении вероятности потери ячеек из-за переполнения буфера коммутационного устройства увеличивается время задержки и джиттер. Показано, что характеристики задержки трафика точнее аппроксимируются распределением Вейбулла, чем экспоненциальным или распределением Парето. Перцептуально оптимизированный буферный алгоритм обеспечивает значение MOS=2,43-3,42, что на 0,05-1,0 лучше MOS известных буферных алгоритмов на основе определения среднего времени задержки пакетов, однако приводит к увеличению потерь пакетов от р=4,9 до 10,5%. Разработана математическая модель для определения размера буфера узла коммутации путем оценки задержки для разных классов трафика с использованием теории массового обслуживания (СМО типа M/D/1/X); определены время ожидания и обслуживания при заданной вероятности потери ячеек. Результаты проведенного исследования позволяют, в зависимости от допустимых значений вероятности потери ячеек в буфере loss P и времени задержки ячеек iT , выбрать максимальную загрузку ρ узла коммутации или канала связи и пропускную способность канала связи (или быстродействие процессора в узле коммутации), а также определить необходимый размер буфера. Разработанные методы обеспечения временной прозрачности асинхронных телекоммуникационных сетей позволяют получить заданное качество услуг при передаче обычного и мультимедийного трафика, минимизировать потери данных при предоставлении услуг путем оптимизации размера буфера для исключения джиттера и в целом повышают эффективность использования оборудования и каналов передачи телекоммуникационных сетей на базе АТМ. Роботу присвячено розробці та дослідженню нових методів компенсації джиттера шляхом додаткової затримки комірок в буфері вузла комутації при різних рівнях його завантаження для забезпечення часової прозорості асинхронних телекомунікаційних мереж. Запропонований метод розрахунку показників часової прозорості мережі, який враховує необхідну якість обслуговування трафіку та дозволяє прогнозувати середнє значення затримки і джиттер часу доставки, а також значення імовірності втрати комірок. Грунтуючись на ньому, запропонований новий адаптивний буферний алгоритм і досліджений перцептуально оптимізований буферний алгоритм. Дослідження буферних алгоритмів показало, що при зменшенні імовірності втрати комірок через переповнення буфера комутаційного пристрою збільшується час затримки і джиттер. Перцептуально оптимізований буферний алгоритм забезпечує значення MOS=2,43-3,42, що на 0,05-1,0 краще MOS відомих буферних алгоритмів на основі визначення середнього часу затримки пакетів, проте приводить до збільшення втрат пакетів з р=4,9 до 10,5%. Розроблена математична модель для визначення розміру буфера вузла комутації шляхом оцінки затримки для різних класів трафіку з використанням теорії масового обслуговування (СМО типа M/D/1/X); визначені час очікування та обслуговування при заданій імовірності втрати комірок. Результати проведеного дослідження дозволяють, залежно від допустимих значень імовірності втрати комірок loss P у буфері і часі затримки комірок іT , вибрати максимальне завантаження ρ вузла комутації або каналу зв’язку і пропускну здатність каналу зв’язку (або швидкодію процесора у вузлі комутації), а також визначити необхідний розмір буфера. Отримані результати можуть бути використані для підвищення якості послуг в телекомунікаційній мережі на базі АТМ.