Качества обслуживания в корпоративных сетях

Автор: Ю.Л. Леохин

Профессор,к.т.н, начальник научно-исследовательской части

Московского государственного института электроники и математики

(технический университет), Россия

Введение

Одним из основных аспектов, который должен приниматься во внимание при проектировании корпоративных мультисервисных сетей (КМС), является обеспечение качества обслуживания. Специфика современных пакетных сетей состоит в том, что, в отличие от сетей с коммутацией каналов, в одном и том же информационном потоке может передаваться гетерогенный трафик. При этом каждый из типов трафика характеризуется рядом критичных и некритичных параметров. Для передачи голосового трафика через пакетные сети вводится понятие классов обслуживания (QoS - Quality of Service), позволяющих оценить качество предоставления услуги в пакетной сети. Определение качества обслуживания в настоящий момент является субъективным и базируется на методе экспертных оценок, т. е. априори невозможно абсолютно гарантировать, что при проектировании КМС будут заложены сетевые характеристики, позволяющие однозначно обеспечить требуемое качество. С другой стороны, пакетные сети имеют развитые механизмы обеспечения качества обслуживания, использование которых позволяет влиять на предоставление услуг связи в процессе эксплуатации. При этом имеется в виду, что технические характеристики сети позволяют использовать такие механизмы.

Классы обслуживания трафика

В общем случае могут быть определены четыре класса сквозного (из конца в конец) QoS. Принимаются во внимание как сетевые, так и терминальные характеристики.

Высший. Это тип услуги телефонии с потенциалом, достаточным для того, чтобы предоставить пользователям услуги качество, эквивалентное или превышающее предоставляемое ТфОП. Внедрение подразумевает использование широкополосных (обрабатывающих аналоговые сигналы с полосой более 3,1 кГц) кодеков, а также наличие разработанных в соответствии с требованиями QoS сетей IP в окружении локальных вычислительных сетей (ЛВС, Интранет). Данный класс обслуживания следует считать желательным для предоставления услуг телефонии. Высокий. Это тип услуги телефонии с потенциалом, достаточным для того, чтобы предоставить пользователям услуги качество, подобное предоставляемому ТфОП (или самыми совершенными системами беспроводной подвижной телефонии в хороших условиях передачи радиосигнала, например, сетями GSM с кодеками EFR либо соответствующими Рекомендации МСЭ-Т G.726). Внедрение подразумевает наличие разработанных в соответствии с требованиями QoS сетей IP с оптимизацией использования полосы пропускания (Интранет). Данный класс обслуживания следует считать минимально допустимым для предоставления услуг телефонии подавляющему большинству пользователей (не менее 85 % общего количества обслуживаемых пакетной сетью телефонных соединений).

Средний. Это тип услуги телефонии с потенциалом, достаточным для того, чтобы предоставить пользователям услуги качество, подобное общепринятому для услуг беспроводной подвижной телефонии, например, подобное качеству услуг сети GSM с использованием кодеков FR. Внедрение подразумевает наличие разработанных в соответствии с требованиями QoS сетей IP, в которых потери или задержки из конца в конец не могут контролироваться достаточно жестко. Данный класс обслуживания следует считать допустимым для предоставления услуг телефонии ограниченному числу пользователей по индивидуальным договорам или соглашениям (не более 10 % общего количества обслуживаемых пакетной сетью телефонных соединений).

Доступный. Этот тип услуги обеспечивает приемлемое для использования качество, но без гарантии характеристик соединения. Могут наличествовать периоды значительного ухудшения качества речевой связи и увеличения задержек из конца в конец, которые отрицательно влияют на диалоговую интерактивность в целом. Внедрение подразумевается на базе сетей IP, разработанных без учета требований QoS, например Интернет (общего пользования). Данный класс обслуживания следует считать допустимым для предоставления услуг телефонии в исключительных случаях при обязательном предварительном согласовании с пользователем и в экстренных ситуациях (не более 5% общего количества обслуживаемых пакетной сетью телефонных соединений).

Для оценки качества надлежит использовать следующие основные показатели оценки качества услуги: качество услуги передачи речи и качество услуги доставки информации.

Основными качественными характеристиками являются:

суммарная задержка передачи речевой информации (из конца в конец);

время установления соединения;

вероятность потери пакетов;

субъективная оценка качества речи пользователем по пяти балльной системе (Mean Opinion Score — MOS) в соответствии с Рекомендацией МСЭ Р.800 и Р.830.

В целях обеспечения требуемого качества передачи речевой информации каждый из вышеупомянутых классов определяется тремя количественными характеристиками:

общей оценки качества передачи (R);

качеством речи, воспринимаемым слушателем (качеством односторонней неинтерактивной передачи речи из конца в конец);

задержкой из конца в конец (односторонней).

Системы, которые считаются удовлетворяющими определенному классу QoS, должны соответствовать всем трем определенным для конкретного класса характеристикам на 95 % соединений.

Определение не относящихся к речевому качеству количественных характеристик, например, времени установления соединения, следует считать предметом дальнейших исследований.

Взаимосвязь между общей оценкой качества передачи (R) и восприятием качества пользователем определяется в соответствии с табл. 1 (Рекомендация МСЭ-Т G.109).

Табл.1 Категории качества передачи речи согласно МСЭ-Т G.109

Общая оценка качества передачи	90 < R < 100	80 < R < 90	70 < R < 80	60 < R < 70	50 < R < 60
Степень удовлетворения пользователя	Высокая	Удовлетворительная	Некоторые пользователи не удовлетворены	Многие пользователи не удовлетворены	Почти все пользователи не удовлетворены

Спецификации задержек из конца в конец (в одном направлении) для классов QoS приведены в табл. 2

Табл. 2 Задержка из конца в конец

Класс QoS	4 (высший)	3 (высокий)	2 (средний)	1 (доступный)
Задержка	<100мс	<100мс	<150мс	<400мс

Время установления соединения (Call Set-up Time) определяется как «Задержка после набора» (Post Dial Delay). Подробные спецификации для времени установления соединения еще являются предметом исследований, но в качестве стартовой точки для их определения может использоваться ссылка на Рекомендацию МСЭ-Т Е.721.

Указанная Рекомендация для задержки после набора определяет следующие средние значения:

местный вызов — менее 3 с;

междугородный вызов — менее 5 с;

международный вызов — менее 8 с.

Далее определяется распределение параметров характеристик из конца в конец классов QoS между терминалом и сетью.

С учетом того, что суммарная задержка из конца в конец складывается из:

задержки кодирования и пакетизации речевого сигнала;

задержки маршрутизации на сети;

задержки распространения сигнала;

задержки, зависящей от емкости буфера вариации задержки,

а также того, что джиттер вносится сетью, но компенсируется терминалом, становится очевидным, что задержка на терминале является фиксированной, а задержка на сети есть функция расстояния и количества этапов маршрутизации.

Для использования различных схем кодирования и пакетизации речевого сигнала в соответствии с величиной задержки определены три «режима» функционирования терминалов — А, В и С, рассмотренные в табл. 3. В данном контексте величина задержки на терминале учитывает задержки, вносимые операциями кодирования, декодирования и пакетизации, но не учитывает влияние операции компенсирования джиттера.

Табл. 3 Определение режимов функционирования терминалов

Режим	Задержка	Применимость
А	< 50 мс	Позволяет использовать речевые кадры малой длительности и малое число кадров в каждом пакете IP
В	<75 мс	Позволяет использовать речевые кадры большей длительности и/или малое число кадров в каждом пакете IP
С	< 100 мс	Позволяет использовать речевые кадры большей длительности и большое число кадров в каждом пакете

С учетом влияния потерь пакетов и вариаций задержки, но без учета задержек распространения и маршрутизации, определяются три «класса» сетей — I, II и III, рассмотренные в табл. 4.

В табл.8 указаны задержки распространения и маршрутизации для конкретных классов QoS. Данные приведены в соответствии с определенными в табл. 6 и 7 режимами функционирования терминалов и классами сетей, а также с учетом того, что сумма задержки маршрутизации на сети и задержки распространения равна суммарной задержке для определенного класса QoS за вычетом задержек кодирования и пакетизации речи и задержки на компенсацию джиттера. Задержка на компенсацию джиттера принимается как минимум равной вариации сетевой задержки.

Табл. 4. Определение классов сетей

Класс	Потери пакетов	Вариация задержки
1	< 0,5 %	< 10 мс
II	< 1 %	< 20 мс
N1	< 2%	< 40 мс
Примечание. Значения для потерь пакетов приведены по результатам субъективного тестирования качества речи.

Табл.5 Задержки распространения и маршрутизации для конкретных классов QoS, режимов функционирования терминалов и классов сетей

Класс сети	Класс QoS	Режим функционирования терминала
Класс сети	Класс QoS	А	В	С
I	Высокий	40 мс	15 мс	X
	Средний	90 мс	65 мс	40 мс
	Доступный	340 мс	315 мс	290 мс
II	Высокий	30 мс	5 мс	X
	Средний	80 мс	55 мс	30 мс
	Доступный	330 мс	305 мс	280 мс
III	Высокий	10 мс	X	X
	Средний	60 мс	35 мс	10 мс
	Доступный	310 мс	285 мс	260 мс
Примечание. «X» означает, что для данного сочетания режима функционирования терминала и класса сети класс QoS определить по задержкам невозможно.

Классификация сетевых механизмов QoS

Механизмы QoS должны обеспечивать реализацию следующих функций:

управления ресурсами сети (осуществляется управление полосой пропускания, сетевыми устройствами, используются возможности работы в глобальной сети и др.);

эффективного использования сетевых ресурсов (использование инструментов менеджмента и тарификации позволяет регулировать трафик с целью увеличения экономического эффекта);

специфических услуг (управление и контроль параметров QoS позволяет провайдерам услуг обеспечивать своим клиентам различные уровни обслуживания);

совместного существования различных критичных приложений (сеть должна использоваться эффективно одновременно для различных приложений, критичных к используемым ресурсам).

В соответствии с назначением все механизмы обеспечения качества обслуживания в сетях с пакетной коммутацией можно разделить на следующие группы:

механизмы QoS в каждом сетевом элементе (например, функции организации очереди, маршрутизации и профилирования трафика);

механизмы сигнализации QoS для обеспечения сквозного качества в сети между сетевыми элементами;

функции расчетов, управления и методов обеспечения QoS для управления и администрирования сетевого трафика.

Необходимо отметить, что не все из перечисленных механизмов имеют одинаковое значение во всей сети. Целесообразным является их распределение между пограничными и центральными сетевыми устройствами.

Например, задачи приоритизации и определения полномочий или контроля доступа (контроля соединения) должны возлагаться на пограничные устройства.

Задачи по предотвращению перегрузок в большей степени актуальны для магистральных устройств сети. В то же время очевидна необходимость создания единого сетевого механизма управления правилами назначения приоритетов и распределения сетевых ресурсов.

На каждом из этих участков могут быть задействованы различные механизмы QoS. На пограничные устройства, прежде всего, возлагаются задачи классификации трафика (ToS) и четкого выполнения правил его обработки (policing). Основная же задача магистральной сети — максимально быстрая передача данных (в соответствии с их классом) и предотвращение перегрузок.

При классификации трафика на границе сети нет необходимости повторять эту операцию в магистрали сети — пакеты будут там обрабатываться в соответствии с уже заданными уровнями приоритетности.

Пакеты могут быть классифицированы пограничным маршрутизатором или приложением (например, приложение, передающее речевой поток, устанавливает для него более высокий приоритет). Преимущества первого способа заключаются в том, что он позволяет централизованно назначать приоритеты и контролировать этот процесс.

Заключение

Механизмы реализации качества обслуживания различных классов трафика является важнейшим условием обеспечения качества представляемых услуг корпоративным пользователям. Увеличение номенклатуры предоставляемых услуг, уровень гарантированного качества их предоставления определяют перспективность мультисервисных корпоративных сетей нового поколения. Корпоративная сеть, как правило, имеет иерархическую структуру, позволяющую эффективно проектировать крупномасштабные сети, обеспечивающую сквозное качество обслуживания на всех уровнях сети, информационную безопасность, позволяющую внедрять интеллектуальные сервисы, системы IP-телефонии и видеоконференцсвязи.

Ссылка на источник: Качества обслуживания в корпоративных сетях