Анализ параметров и методов обеспечения качества обслуживания мобильных сред

Введение

Развитие информационных технологий привело к появлению принципиально новых устройств, позволяющих получать разнообразный спектр инфокоммуникационных услуг независимо от среды передачи. Основной предпосылкой к этому послужило развитие мобильных технологий передачи данных: 4G (LTE, Long-Term Evolution) и 5G. Обе технологии направлены на передачу и голосового сигнала, и трафика данных в едином потоке, который в ранних технологиях мобильной связи разделен на два отдельных [1]. Это вызвало необходимость пересмотра существующих и формирования новых требований к параметрам качества обслуживания (QoS, Quality of Service). Поэтому задача анализа параметров качества обслуживания и методов их обеспечения для мобильных сред является актуальной.

Параметры качества обслуживания

Параметры качества обслуживания характеризуют способность сети предоставлять необходимый уровень производительности, независимо от типа приложений. Обычно, оценка эффективности производительности сети производится по четырем основным показателям:

• доступной пропускной способности (B, bandwidth);
• уровню потерь пакетов (Pl, packet loss);
• задержки (D, delay);
• джиттеру задержки (J, jitter) [2].

Обеспечение требуемых значений основных показателей качества обслуживания путем увеличения используемых ресурсов сети приводит лишь к удорожанию стоимости предоставляемых инфокоммуникационных услуг. Это связано с особенностями формирования джиттера в сети.

Протокол транспортного уровня (TCP, Transmission Control Protocol) интерпретирует джиттер как перегрузку или как аппаратный отказ. При этом, встроенные функции управления на транспортном уровне модели взаимодействия открытых систем (OSI, Open System Interconnection) замедляют передачу трафика, хотя на самом деле пропускная способность и каналов связи и сетевого оборудования достаточная [3].

С другой стороны, характер современного трафика приложений остается непредсказуемым для сетевого оборудования, что вызывает его задержку уже на уровне пользовательского устройства. Например, может возникнуть конфликт нескольких виртуальных машин при доступе к одному и тому же физическому сетевому адаптеру. Стоит отметить, что наличие мобильной среды вносит свою долю в общую оценку джиттера.

Методы обеспечения качества обслуживания

Таким образом, для уменьшения влияния джиттера на качество обслуживания пользовательского трафика, необходимо управлять им на различных этапах передачи. Методы управления трафиком являются составной частью мер по обеспечению качества обслуживания в любой сети передачи данных. К таким методам относятся:

• приоритизация;
• сглаживание трафика;
• управление очередями;
• маршрутизация.

Большинство перечисленных методов уже давно и успешно используются протоколом MPLS (Multiprotocol Label Switching).

Основной идеей является формирование потоков трафика со схожими показателями качества обслуживания, классов, и установление туннелей для передачи трафика одного класса. При этом происходит резервирование определенного объема сетевых ресурсов. Для проводных сетей данная задача выполнима, но для мобильных сред, где установление канала связи с определенными характеристиками является проблематичным, установление туннеля это становится весьма нетривиальной задачей.

Для решения задач подобного рода используются разработки в сфере программно-конфигурируемых сетей – программно-конфигурируемые мобильные сети (SD-WAN, Soft-Defined Wireless Area Network) [4]. Использование таких сетей позволяет отказаться от дорогостоящих MPLS-сетей при аналогичном уровне обслуживания пользователей. Это достигается путем развертывания SD-WAN в центрах обработки данных. При этом наложение туннелей создается поверх доступных транспортных связей. Таким образом, SD-WAN не зависит от технологии транспортной сети (MPLS, широкополосная или мобильная).

Основные методы обеспечения QoS для современных мобильных сред на основе SD-WAN следующие: приоретизация на основе приложений, динамический выбор маршрута, поддерживание отказоустойчивости. Приоретизация на основе приложений позволяет потребителю самостоятельно определять значимость трафика того или иного приложения, что повышает качество управления. Динамический выбор маршрута – возможность перенастраивать маршрут из-конца-в-конец в зависимости от измеряемых характеристик QoS. Поддерживание отказоустойчивости включает в себя возможность перенастраивания маршрутов, в случае отказа.

Выводы

На основе изложенного, можно сделать следующие выводы.

Разнообразие мобильных устройств и приложений формирует трафик, параметры которого при передаче должны соответствовать требованиям к параметрам QoS соответствующих приложений.

Обеспечение требований к параметрам QoS для проводной среды упрощается, благодаря использованию MPLS, в которой есть встроенные методы управления трафиком.

Для мобильных сред целесообразно внедрять SD-WAN, позволяющую удешевить стоимость сетевых услуг, и использовать наиболее эффективный для конкретной сети метод управления трафиком.

Список использованной литературы

1. Сукачёв Э.А. Сотовые сети радиосвязи с подвижными объектами: учеб. пособ. /Сукачев Э.А. – [3-е изд., перераб. и дополн.]. – Одесса: ОНАС им. А.С. Попова, 2013. – 256 c.
2. Кучерявый Е.А. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет / Е.А. Кучерявый. – СПб.: Наука и Техника, 2004. – 336 с.: ил.
3. Jacobson, V. Modified TCP Congestion Avoidance Algorithm [Электронний ресурс] / V. Jacobson // End 2 end-interest mailing list. – 1990. – Режим доступа: ftp://ftp.ee.Lbl.gov/email/vanj.90apr30.txt. – Загл. с экрана.
4. Quality of Service (QoS). White Paper [Электронный ресурс] / Badu networks. – Электрон. дан. (1 файл: 2,3 Mб). – Систем. требования: Acrobat Reader.