РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра телекоммуникационных систем

Курсовая работа

по дисциплине: «IP-телефония и видеосвязь»

Выполнил: ст. гр. БРЭ-10-09

Федянина А.Р.

№103203

Принял: ст.пр. Закижан З. З.

«___» «______________» 2012 г.

Алматы, 2012

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Общие методические указания по курсу…………..…………………..…….4

2. Задания к выполнению курсовой работы……………………………………4

2.1. Задание № 1…………………………………………………………………...4

2.1.1 Провести расчет производительности узла доступа с учетом…………4

2.1.2 Методические указания к выполнению курсовой работы………………5

2.1.3 Расчет числа пакетов от первой группы (телефония)…………………...9

2.1.4 Расчет числа пакетов от второй группы (телефония и интернет)…….10

2.1.5 Расчет числа пакетов от третьей группы абонентов (triple play)………11

2.1.6 Требования к производительности мультисервисного узла доступа…12

2.2 Задание № 2…………………………………………………………………..14

2.2.1 Расчетная часть…………………………………………………………….14

2.2.2 Методические указания к выполнению задания № 2…………………..15

3. Задание № 3……………………………………………………………………20

3.1 Расчетная часть………………………………………………………………20

3.2 Методические указания к выполнению задания № 3……………………..21

Заключение……………………………………………………………………….25

Список использованной литературы…………………………………………...26

Введение

Курсовой проект по дисциплине «IP-телефония и видеосвязь» выполняется студентами, обучающимися по специальности 5B071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации».

Дисциплина «-телефония и видеосвязь» изучается студентами на восьмом семестре, по окончании курса сдается экзамен. В методическом указании приводятся порядок выполнения, необходимые справочные данные, методика расчета основных параметров.

Каждый студент выполняет курсовой проект по индивидуальным исходным данным. Настоящие методические указания (МУ) имеют цель: закрепить и углубить знания, полученные на лекциях; привить студентам практические навыки самостоятельной работы со справочниками и нормативными документами; выработать у студентов творческое мышление и навыки по выбору рациональных вариантов построения магистральных сетей; изучить круг проблем, встречающихся при реальном проектировании.

По курсу читаются лекции, выполняется курсовая работа, лабораторные работы.

Целью курса «IP-телефония и видеосвязь» является изучение основных методов построения, расчета современных каналов связи.

Для освоения курса необходимо знать основные положения некоторых разделов математики, физики, теории электрической связи.

1. Общие методические указания по курсу

Дисциплина «IP-телефония и видеосвязь» изучается на 3 курсе студентами — бакалаврами всех форм обучения специальности 5B071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации».

По курсу читаются лекции, выполняется курсовая работа, лабораторные работы.

Целью курса «IP-телефония и видеосвязь» является изучение основных методов построения, расчета современных каналов связи.

Для освоения курса необходимо знать основные положения некоторых разделов математики, физики, теории электрической связи.

2. Задания к выполнению курсовой работы

1. Задание № 1

2.1.1 Провести расчет производительности узла доступа с учетом структуры нагрузки поступающей от абонентов, пользующихся различными видами услуг.

а) сделать расчет числа пакетов от первой группы (телефония);

б) провести расчет числа пакетов от второй группы (телефония и интернет);

в) сделать расчет числа пакетов от третьей группы абонентов (triple play);

г) оценить требования к производительности маршрутизатора, агрегирующего трафик мультисервисной сети доступа NGN;

д) сделать выводы.

Исходные данные для расчета в таблицах 1,2,3,4.

Таблица 1 — Доля абонентов по группам

Группа абонентов	Последняя цифра номера зачетной книжки	№ 3
1	Доля абонентов 1 группы, р1 в %	65
2	Доля абонентов 2 группы, р2 в %	30
3	Доля абонентов 3 группы р3 в %	5

Таблица 2 — Характеристики нагрузки, создаваемой клиентами различных групп.

Последняя цифра номера зачетной книжки	№ 3
Вызовов в час, fi	5
Средняя длительность разговора, ti минут	2,5
Объем переданных данных в час наибольшей нагрузки, V2, Мбайт/с	15
Объем переданных данных в час наибольшей нагрузки, V3, Мбайт/с	80
Время просмотра видео в час наибольшей нагрузки, Тв, минут	50
Мультисервисный узел доступа обслуживает N, абонентов	2800

Таблица 3 — Выбор кодеков

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки	№ 0
Кодеки	G.711u G.726-32

Таблица 4 — Параметры кодеков

Кодек	Скорость передачи, кбит/c	Задержка пакетиза-ции, мс.	Полоса пропускания для двунаправ-ленного соединения, кГц	Задержка джиттер-буфере	Длитель-ность датаграммы, мс	Теорети-ческая максималь-ная оценка МОS
G.711u	64	1	174,4	2 датаграммы, 40 мс	20	4,4
G.726-32	32	1	110,4	2 датаграммы, 40 мс	20	4,22

2. Методические указания к выполнению курсовой работы.

Всех потенциальных клиентов оператора по уровню приносимого дохода можно условно разделить на 3 группы.

Наиболее многочисленная группа абонентов приносит минимальный уровень дохода, однако отказаться от ее обслуживания оператор не может из-за социальной значимости предоставления услуг этим абонентам.

В структуре пользователей можно выделить незначительное число абонентов, готовых использовать максимальное количество предоставляемых услуг. Скорее всего, это корпоративные пользователи, потребляющие весь спектр услуг «Triple Play». Несомненно, для организации обслуживания данного сектора организовывается широкополосной доступ.

Расчет производительности узла доступа необходимо проводить с учетом всех абонентов, пользующихся услугами. Три группы клиентов:

- пользователи телефонии, р1;

- пользователи телефонии и передачи данных, р2;

- пользователи телефонии, передачи данных и видео, р3;

Каждая группа абонентов совершает в среднем fi вызовов в час средней длительностью ti минут. Для второй и третьей группы, необходимо задать объем переданных в час наибольшей нагрузки, величина обозначается Vi, Мбайт /с. Третья группа будет характеризоваться еще временем просмотра видео в час наибольшей нагрузки Тв минут. Мультисервисный узел доступа обслуживает N абонентов.

Факторы, влияющие на качество речи и выбор кодека.

Первостепенными факторами, определяющими качество голоса, являются: выбор аудиокодека, время задержки, джиттер и потери пакетов.

Аудиокодеки — важнейший элемент терминалов Н.323. Они позволяют уменьшать необходимую ширину голосового канала при сохранении требуемого качества речи. Различных схем сжатия достаточно много, но большинство устройств Н.323 используют кодеки, стандартизированные ITU. Пользовательские приложения (например, NetMeeting) могут поддерживать различные кодеки, выбирая тот или иной посредством протокола Н.245. Аудиокодеки можно сравнить по четырем параметрам (см. таблицу 4):

• скорость оцифровки — определенная битовая скорость, до которой кодек сжимает голосовой канал 64 Кбит/с. Для большинства кодеков она составляет 8; 6,4 и даже 5,3 Кбит/с. Однако следует иметь в виду, что это — только скорость сжатия речи. При передаче пакетированного голоса по сети за счет потерь протоколов (например, RTP/UDP/IP/Ethernet) скорость увеличивается, вплоть до скорости передачи данных;

• сложность реализации кодека: чем выше она, тем больше требований к ресурсам процессора;

• качество речи;

• задержка оцифровывания. Каждый алгоритм требует, чтобы до сжатия речь буферизовалась. Эта задержка добавляется к общей сквозной задержке. Сеть с чрезмерной сквозной задержкой заставляет людей общаться в режиме полудуплексного разговора вместо нормального дуплексного диалога [12].

Кодеки выбираются согласно предпоследней цифре номера зачетной книжке по табл.3.

Параметры кодеков представлены в таблице 4.

Время задержки оказывает заметное влияние на дуплексный телефонный разговор, который в отличие от широковещательной передачи (например, RealAudio) или передачи данных очень чувствителен к задержкам. Полная задержка становится заметной, когда она превышает 250 мс. Поэтому в рекомендации ITU-T G.114 максимальная односторонняя задержка, при которой сохраняется высокое качество голоса, определяется как 150 мс. При превышении порога поддерживать дуплексный разговор трудно — голоса абонентов накладываются друг на друга. Задержка имеет фиксированную и переменную составляющие. Например, фиксированная задержка определяется расстоянием, тогда как переменная зависит от меняющихся сетевых условий. Общая задержка складывается из различных компонентов. Рассмотрим наиболее значимые из них:

• Сетевая задержка вносится узловыми элементами сети VoIP. Для ее минимизации необходимо сократить число узлов сети на пути пакетов между абонентами. Некоторые провайдеры способны обеспечить задержки на своих сетях, не превышающие определенный уровень. Кроме того, для уменьшения сетевой задержки речевому трафику задают высший приоритет по отношению к нечувствительному к задержкам потоку данных.

• Задержка кодека вносится каждым алгоритмом сжатия. Например, G.723 добавляет фиксированную задержку может быть меньше, но при этом возможно снижение качества речи или увеличение требуемой полосы пропускания.

• Буфер компенсации джиттера также вносит свою задержку. Джиттером называют отклонения от средней задержки следования пакетов. Задержки может быть различной для каждого пакета, в результате чего, отправленные через равный интервал, они прибывают неравномерно, а то и не в исходной последовательности. Так как алгоритм декомпрессии требует фиксированного интервала между поступлением пакетов, в шлюзе необходим буфер компенсации джиттера. Он задерживает поступающие пакеты, чтобы передавать их устройству декомпенсации с заданным интервалом. Кроме того он также фиксирует любые ошибки, контролируя номер последовательности в полях сообщений протокола RTP. Однако буфер компенсации зачастую вносит значимую задержку. Его размер задают таким, чтобы буферизовать целое количество пакетов с учетом ожидаемого значения джиггера. Как правило, для каждого направления задержка буфера составляет 80 мс.

Выбор размера пакета также влияет на качество речи. Пакеты большого размера значительно уменьшают необходимую ширину полосы пропускания, но добавляют задержку пакетирования, так как передатчик тратит больше времени, чтобы заполнить пакет: «Накладные расходы» при пакетной передаче VoIP достаточно высоки. Рассмотрим сценарий, где голос сжимается до 8 Кбит/c, а пакеты посылаются каждые 20 мс. Таким образом, размер речевой информации в каждом пакете — 20 байт. Однако чтобы передать эти пакеты по RTP, к ним нужно добавить: заголовок Ethernet — 14 байт, заголовок IP — 20 байт, заголовок UDP — 8 байт и дополнительные 12 байт для RTP. В общей сложности 54 лишних байта, чтобы передать 20 байт голоса.

Как повысить содержание полезной информации в трафике? Во-первых, можно увеличить размер пакетов, например, отправляя их каждые 40 мс. Однако при этом возникнет дополнительная задержка. Другой подход — сжатие заголовка. Этот метод использован в ряде устройств, особенно в работающих на медленных каналах связи, таких как PPP (Point-to-Point Protocol), FR (Frame Relay) или ISDN. Данный протокол обычно называют CRTP (Compressed RTP). Он сжимает заголовок до нескольких байт. AudioPro отображает эффективность загрузки пакета и среднюю скорость передачи (пакет/с и бит/с) для каждого потока, что позволяет определить оптимальный размер для любой сети.

Основными механизмами обеспечения QoS (Quality of Service) являются:

Пакетная передача данных. NGN как сеть с коммутацией пакетов отвечает модели системы с ожиданием (ТфОП соответствует модели системы с потерей вызовов). Заявка, поступившая в момент занятости всех каналов , не покинет систему, а будет поставлена в очередь. Время освобождения системы для начала обработки заявки из очереди меньше, нежели время, требуемое на перезапрос услуги. Кроме того, пакетизированный голос расходует полосу пропускания гораздо экономнее — при молчании абонентов информация не передается.

Наличие «временного запаса». Измерения, проведенные специалистами Международного союза электросвязи (МСЭ) и Европейского института телекоммуникационных стандартов, показали, что к снижению качества телефонной связи приводит задержка Ткр свыше 150 мс. Обозначим время доставки информации к абоненту и реальным для прохождения пакетов через сеть.

Временной запас Тз, который в традиционных сетях связи пренебрегается, в NGN оперативно предоставляется другим приложениям, что в целом благотворно сказывается на параметрах QoS [3].

Физическое и логическое отделение передачи и маршрутизации пакетов от устройства и логики управления услугами.

Данное архитектурное решение позволяет использовать единый программный интеллект обработки вызовов для сетей разных типов (традиционных, пакетных, гибридных) с разными форматами речевых пакетов и с разным физическим транспортом [4], а также повышает степень управляемости процессами и параметрами QoS в сети следующего поколения.

Применение граничных контроллеров сессий SBC (Session Border Controller).

Данное устройство изначально ориентировано на большое количество услуг реального времени (видео, мультимедиа, Instant Messaging), реализуемых в IP-сети, и задействовано для отслеживания показателей качества обслуживания в NGN. Трафику, пропускаемому через SBC, обеспечивается управление качеством обслуживания, безопасностью, полосой пропускания. Для взаимодействия сетей необходимо одновременное использование обоих видов оборудования — Softwitch и SBC [5].

Использование технологии много протокольной коммутации по меткам MPLS (Multiprotocol Label Switching).

Технология MPLS ориентирована на оптимизацию процесса маршрутизации трафика таким образом, чтобы обеспечить максимально выгодное сочетание всех механизмов QoS, задействованных в сети. Процесс маршрутизации заменяется процессом коммутации, который осуществляется на основе меток. Существенное повышение качества работы (аудио- и видеоинформация передается коммутаторами MPLS с точностью, сравнимой с результатами работы по прямому соединению) достигается за указания в метке пропускной способности, которая должна быть зарезервирована.

Функция MPLS Fast Reroute, оперативно реагирующая (не более чем за 50 мс) на обрывы связи и перенаправляющая информационные потоки на неповрежденные участки сети, делает NGN более надежной, чем сети SDH [6].

2. Расчет числа пакетов от первой группы (телефония).

Рассчитаем число пакетов создаваемых пользователями телефонии, использующие выбранные ранее кодеки. Параметры кодеков представлены в таблице 4.

Рассчитаем параметры сети для двух кодеков соответственно варианту. Длительность дейтаграммы Тpdu равна 20 мс, согласно рекомендации RFC 1889. При этом в секунду передается:

nj=1/Tpdu, (кадров в секунду) (2.1)

nj=1/0,02=50, (кадров в секунду).

Размер пакетизированных данных:

hj=vj*Tpdu, (2.2)

где vj — скорость кодирования, байт/c;

hj — размер пакетизированных данных;

Tpdu — длительность одной речевой выборки (длительность пакета).

Рассчитать vj — скорость кодирования, байт/c; hj — размер пакетизированных данных для двух выбранных согласно варианту кодеков (индекс j соответствует 1-первый кодек без сжатия, 2-второй кодек со сжатием).

При использовании кодека скорость кодирования:

vj=Rgj/8, (байт/c),

v1j=64/8=8 кбит/с=8*1024=8192, (байт).

V2j=32/8=4 кбит/c=4*1024=4096, (байт).

h1j= 8192*0,02=163,84 (байт/с);

h2j=4096*0,02=81.92 (байт/с);

Для определения размера пакета необходимо учесть заголовки:

• Ip=20 байт;

• UDP=8 байт;

• RTP=12 байт;

Суммарный размер пакета для кодека без сжатия:

heg1=hj+Ip+UDP+RTP, (байт);

heg1=163,84+20+8+12=203,84 (байт) - (без сжатия);

heg2=81.92+20+8+12=121.92 (байт) - (со сжатием);

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:

N1j=n1j*t1*f1*p1*N; (2.3)

где N1j — число пакетов, генерируемое первой группой пользователей в час наибольшей нагрузки;

n1j — число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом;

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.

Для G711u: n1j=1/20= 50 кадр/c;

Для G726-32: n2j=1/20= 50 кадр/c;

N1j=50*2.5*60*5*0,65*2800=682500000 - (без сжатия);

N2j=50*2.5*60*5*0,65*2800=682500000- (со сжатием);