Шлюзы gw1-3

Общая нагрузка, поступающая на GW1-3:

Y_{GW 1-3}=Y _PSTN+ Y_ISDN+ Y_PBX + Y _V5 = y _PSTN *N _PSTN +y_ISDN * N_ISDN+ y_PBX* N_PBX +y _V5 * N _V5

Y_{GW 1-3}=0,1* 3875 +0,2 * 225 +0,8 * 300 + 0,8 * 100 * 2=752,5 (Эрл)

При этом данная нагрузка обрабатывается разными кодеками, их процентное соотношение было приведено выше.

Для кодека G. 711

Y_{GW 1-3}= 752,5 * 0,3 =225,75 (Эрл)

Для кодека G. 723.1 I/r

Y_{GW 1-3}= 752,5 * 0,3 = 225,75 (Эрл)

Для кодека G. 723.1 h/r

Y_{GW 1-3}= 752,5 * 0,2 = 150,5 (Эрл)

Для кодека G. 729

Y_{GW 1-3}= 752,5 * 0,2 = 150,5 (Эрл)

При проектировании будем описывать шлюз последовательно двумя разными математическими моделями:

• система массового обслуживания с потерями,

• система массового обслуживания с ожиданием.

При помощи первой модели, мы определим, какое количество соединений будет одновременно обслуживаться проектируемыми шлюзами, а при помощи второй определим характеристики канала передачи данных, необходимые для передачи пользовательского трафика с требуемым качеством обслуживания.

1. СМО с потерями

Для предоставления услуг пользователям жестко определены параметры QoS для каждого типа вызовов, и в случае, если заявка не может быть обслужена с требуемым качеством, она отбрасывается. Таким образом, потери в данной системе – это те вызовы, которые не могут быть обслужены ввиду отсутствия требуемого ресурса (определенного типа кодирования) для передачи данных.

В связи с тем, что информация на шлюзе обрабатывается при помощи различных кодеков, она поступает в сеть с разной скоростью, и расчет исходящих каналов производится для каждого типа кодека отдельно. Таким образом, мы делим СМО на логические части по количеству используемых кодеков и рассчитываем при помощи описанного ниже алгоритма общую скорость канала без учета QoS передачи трафика по сети передачи данных.

Пользуясь калькулятором Эрланга, определим число соединений, необходимое для обслуживания нагрузки, обрабатываемой кодеком определенного типа (x), с условием что ρ (вероятность потери вызовов) = 0,24:

Для кодека G. 711: Х=175;

Для кодека G. 723.1 I/r: Х=175;

Для кодека G. 723.1 h/r: Х=118;

Для кодека G. 729: Х=118.

Транспортный поток на выходах кодеков:

V_{C(G_711)} = 175* 107,2 = 18760 (Кбит/с).

V_{C(G. 723.1 I /r)} = 175 * 23,68 = 4144 (Кбит/с),

V_{C(G. 723.1h/r)} = 118 * 17,225 = 2032,55 (Кбит/с),

V_{C(G. 729)} = 118 * 51,2 = 6041,6 (Кбит/с).

Тогда транспортный поток на выходе первого шлюза:

V_{GW 1-3}= 18760 + 4144+ 2032,55 + 6041,6 = 30978,15 (Кбит/с).

Схема шлюза GW1-3

G.711

Х=175

Y=225,75 Эрл

G.723.1 h/r

G.723.1 I/r

G.729

Х=175

Х=118

Т

Y=225,75 Эрл

ФОП (387,5 Эрл)

ISDN (45 Эрл)

P

Y=150,5 Эрл

BX (240 Эрл)

V.5 (80 Эрл)

Х=118

Y

Y=150,5 Эрл

_GW1-3 = 752,5 Эрл V _GW1-3 = 30978,15 Кбит/с

4-й шлюз (GW4)

Расчеты для шлюза GW_2 аналогичны расчетам шлюза GW1-3.

Общая нагрузка, поступающая на GW_2:

Y_{GW 4}=Y _PSTN+ Y_ISDN+ Y_PBX + Y _V5 = y _PSTN *N _PSTN +y_ISDN * N_ISDN+ y_PBX* N_PBX +y _V5 * N _V5

Y_{GW 4}=0,1* 3875 +0,2 * 225 +0,8 * 600 + 0,8 * 100 * 2=992,5 (Эрл)

Нагрузка на кодеки:

Для кодека G. 711

Y_{GW 4}= 992,5 * 0,3 =297,75 (Эрл)

Для кодека G. 723.1 I/r

Y_{GW 4}= 992,5 * 0,3 = 297,75 (Эрл)

Для кодека G. 723.1 h/r

Y_{GW 4}= 992,5 * 0,2 = 198,5 (Эрл)

Для кодека G. 729

Y_{GW 4}= 992,5 * 0,2 =198,5 (Эрл)

Число соединений, необходимое для обслуживания нагрузки, обрабатываемой кодеком определенного типа (x):

Для кодека G. 711: Х=230;

Для кодека G. 723.1 I/r: Х=230;

Для кодека G. 723.1 h/r: Х=154;

Для кодека G. 729: Х=154.

Транспортный поток на выходах кодеков:

V_{C(G_711)} = 230 * 107,2 = 24656 (Кбит/с).

V_{C(G. 723.1 I /r)} = 230 * 23,68 = 5446,4 (Кбит/с),

V_{C(G. 723.1h/r)} = 154 * 17,225 = 2652,65 (Кбит/с),

V_{C(G. 729)} = 154 * 51,2 = 7884,8 (Кбит/с).

Тогда транспортный поток на выходе второго шлюза:

V_GW4= 24656+ 5446,4 + 2652,65 + 7884,8 = 40639,85 (Кбит/с).

Схема шлюза GW4

G.711

Х=230

Y=297,75 Эрл

G.723.1 h/r

G.723.1 I/r

G.729

Х=230

Х=154

Т

Y=297,75 Эрл

ФОП (387,5 Эрл)

ISDN (45 Эрл)

P

Y=198,5 Эрл

BX (480 Эрл)

V.5 (80 Эрл)

Х=154

Y

Y=198,5 Эрл

_GW4 = 992,5 Эрл V _GW4 = 40639,85Кбит/с

Общий транспортный поток в интерфейсе подключения шлюзов к коммутатору доступа:

V = 30978,15 *3+ 40639,85 = 133573,85 (Кбит/с)

2. СМО с ожиданием

В качестве СМО с ожиданием рассматривается тракт передачи данных (от шлюза до коммутатора доступа).

На вход СМО с ожиданием со шлюза поступают пакеты с интенсивностью λ. Т.к. в зависимости от типа используемых кодеков пакеты попадают в сеть с различной скоростью, то параметр λ необходимо рассчитать для каждого типа используемого кодека:

λ = ,

где V_{trans_cod} – скорость передачи кодека, рассчитанная ранее;

L_{packet_cod} – общая длина кадра соответствующего кодека.

λ_G.711 = 107,2/134 = 0,8 λ_{G.723.1 I/r} = 23,68/74 = 0,32 λ_{G.723 h/r} = 17,225/78 = 0,22 λ_G.729 = 51,2/64 = 0,8

Общая интенсивность поступления пакетов в канал:

λ = ,

где N – число используемых кодеков

λ = 0,8 + 0,32 + 0,22 + 0,8 = 2,14

Задержка, вносимая каналом при поступлении пакетов:

S⁽¹⁾ = 1/(µ - λ),

где λ – суммарная интенсивность поступления заявок от всех каналов, μ – интенсивность обслуживания. Вне зависимости от размера пакета все они обслуживаются одинаково.

Предельно допустимая задержка доставки пакета IP от одного пользователя коммерческих услуг VoIP к другому не должна превышать 100 мс. Задержку при передаче пакета вносят все сегменты соединения (сеть доступа, магистральная сеть и т.п.). Приблизительно можно считать вклад каждого сегмента одинаковым.

Зная величину допустимой задержки и интенсивность поступления заявок (пакетов), можно рассчитать интенсивность обслуживания заявок в канале, после чего определить допустимую загрузку канала:

ρ = λ / µ

Отсюда µ = 1/100 +2,14 = 2,15 и нагрузка канала ρ = 2,14/2,15 = 0,995

Зная транспортный поток, поступающий в канал и то, что этот поток должен загрузить канал на величину ρ, определим общую требуемую пропускную способность канала τ:

τ = V / ρ

τ = 133573,85 / 0,995 = 134245,07 (Кбит/с)

Рассчитав транспортный ресурс, необходимый для передачи пользовательской и сигнальной информации от каждого шлюза на коммутатор доступа, рассчитаем общий входящий трафик, который поступает на коммутатор доступа.

Для передачи сигнального трафика обычно создается отдельный логический канал, параметры которого необходимо определить.

В коммутаторе доступа для обмена сообщениями протокола MEGACO, используемого для управления шлюзом, должен быть предусмотрен транспортный ресурс, который определяется формулой:

V_MEGACO = k_sig * [(P_PSTN * N_PSTN + P_ISDN * N_ISDN + P_V5 * N_V5 + P_PBX * N_PBX) * L_MEGACO*N_MEGACO] / 450,

где N_V5 = J * N_{j_V5} = 8*50 = 400, N_PBX = M * N_{m_pbx}= 5*300 = 1500, N_LAN = I * N_{i_LAN}= 10*70 = 700,

т.е. общее количество абонентов, подключенных при помощи сетей LAN, PBX и V5;

P_PSTN – удельная интенсивность потока вызовов в ЧНН от абонентов, использующих доступ по аналоговой телефонной линии;

P_ISDN – удельная интенсивность потока вызовов от абонентов, использующих базовый доступ ISDN;

P_{V 5} – удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсивность потока вызовов от абонентов, подключаемых к пакетной сети через сети доступа интерфейса V5;

P_PBX – удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсивность потока вызовов от УАТС, подключаемых к пакетной сети;

P_SH – удельная интенсивность потока вызовов от абонентов, использующих терминалы SIP, H.323 (используется для терминалов, подключаемых как прямо к станции, так и при помощи LAN),

L_MEGACO – средняя длина (в байтах) сообщения протокола Megaco/H.248,

N_MEGACO – среднее количество сообщений протокола Megaco/H.248 при обслуживании одного вызова,

k_sig – коэффициент использования транспортного ресурса при передаче сигнальной нагрузки. Этот коэффициент показывает величину, обратную той части времени, которая отводится из всего сеанса связи для передачи сигнальной информации:

k_sig = T /

В данном курсовом проектировании принимаем k_sig =5, что соответствует нагрузке в 0,2 Эрл (т.е. одна пятая часть времени сеанса тратится на передачу сигнальной информации). 1/ 450 – результат приведения размерностей «байт в час» к «бит в секунду»(8/3600=1/450).

Значения удельной интенсивности потока вызовов:

P_PSTN = 5

P_ISDN = 10

P_{V 5} = 35

P_PBX = 35

P_SH = 10

V_MEGACO =5*155*10* (5*15500 + 10*900 + 35*400 + 35*1500) / 450 = =2635000 (бит/с)

Для расчета транспортного ресурса шлюзов, необходимого для передачи сигнальной информации, используются те же параметры, что и для расчета транспортного ресурса гибкого коммутатора.

Так, для передачи сигнальной информации с целью обслуживания вызовов различных типов требуются следующие объемы полосы пропускания (бит/с):

V_ISDN = (P_ISDN * N_ISDN * L_IUA * N_IUA) / 90,

V_V5 = (P_V5 * N_V5 * L_V5UA * N_V5UA)/90,

V_PBX = (P_PBX * N_PBX * L_IUA * N_IUA)/90,

V_SH = (P_SH * N_SH * L_SH * N’_SH)/90,

V_LAN = (P_SH * N_LAN * L_SH * N_SH)/90,

где L_IUA – средняя длина сообщения протокола IUA,

N_IUA – среднее количество сообщений протокола IUA при обслуживании одного вызова,

L_{V 5UA} – средняя длина сообщения протокола V5UA,

N_V5UA – среднее количество сообщений протокола V5UA при обслуживании одного вызова,

L _SH– средняя длина сообщения протоколов SIP/H.323,

N’_SH – среднее количество сообщений протоколов SIP/H.323 при обслуживании одного вызова.

Значение 1/90 получается при использовании k_sig =5, и, следовательно, 5*1/450=1/90.

V_ISDN =10 * 900 *145 *10 /90 = 145000 (бит/с),

V_V5 =35 * 400* 150 * 10 /90 = 233333(бит/с),

V_PBX =35 * 1500 *150 * 10 /90 = 845833(бит/с),

V_SH =10 * 1000* 160 * 10 /90 = 177777(бит/с),

V_LAN =10 * 700 * 160 * 10 /90 =124444(бит/с).

2. Расчет оборудования гибкого коммутатора

Основной задачей гибкого коммутатора при построении распределенного абонентского концентратора является обработка сигнальной информации обслуживания вызова и управление установлением соединения.

Задача: определить требуемую производительность оборудования гибкого коммутатора.

Исходные данные для проектирования

К сети NGN могут подключаться пользователи разных типов, и для обслуживания их вызовов будут использоваться разные протоколы сигнализации.

Общая интенсивность потока вызовов от источников всех типов, обрабатываемых гибким коммутатором:

P_CALL= P_PSTN*N_PSTN + P_ISDN*N_ISDN + P_SH*N_SH + P_V5*N_V5 + P_PBX*N_PBX + P_SH*P_LAN (выз/ЧНН)

P_CALL= 5*15500+10*900+10*1000+35*400+35*1500+10*700 =170000 (выз/ЧНН)

Удельная производительность коммутационного оборудования может различаться в зависимости от типа обслуживаемого вызова, т.е. производительность при обслуживании, например, вызовов ТфОП и ISDN, может быть разной. В документации на коммутационное оборудование, как правило, указывается производительность для наиболее «простого» типа вызовов. В связи с этим, при определении требований к производительности можно ввести поправочные коэффициенты, которые характеризуют возможности обслуживания системой вызовов того или иного типа относительно вызовов «идеального» типа. Таблица поправочных коэффициентов приведена в задании на курсовое проектирование.

Таким образом, нижний предел производительности гибкого коммутатора (P_SX) при обслуживании потока вызовов с интенсивностью P_CALL может быть определен по формуле:

P_SX= k_PSTN*P_PSTN*N_PSTN + k_ISDN*P_ISDN*N_ISDN + k_V5*P_V5* + +k_PBX*P_PBX*+ k_SH*P_SH*N_SH + k_SH*P_SH*

P_SX=1,3*5*15500+1,8*10*900+1,9*35*400+1,8*35*1500+2*10*700+2*10*1000=

=272 050 (выз/ЧНН)

3. Расчет оборудования распределенного транзитного коммутатора