Об одной модели сети доступа с учетом наличия домашних сетей Р. И. Исаев, С. Ш. Кутбитдинов

В последние годы в архитектуре сетей связи общего пользования (ССОП) появилась [1] еще одна функциональная структура – домашние сети (HN – Home Networks), которые развивают и расширяют сети абонентского доступа и требуют проведения дополнительных исследований в области расчета их пропускной способности.

Стандартизация домашних сетей выполнена Международным Союзом Электросвязи (ITU-T) в Рекомендациях серий G и H [2-4]. В Рекомендации ITU-T G.9970 “Базовая архитектура транспортного уровня для домашних сетей” рассматриваются модели транспортного уровня для домашних сетей. Основными функциональными элементами транспортного уровня домашней сети являются собственно IP домашняя сеть (IP Home Network) и шлюз доступа AGW (Access Gateway), обеспечивающие взаимодействие с сетью доступа и терминалов. В Рекомендации ITU-T G.9970 предусматривается как возможность использования IP терминалов (IP terminal), так и терминалов, не поддерживающих IP протоколы (non-IP terminal). В последнем случае создается так называемая не-IP домашняя сеть (non-IP Home Network), которая подключена к IP домашней сети через не-IP шлюз (non-IP Gateway). Архитектура транспортного уровня такой сети в соответствии с Рекомендацией ITU-T G.9970 приведена на рис. 1.

Рис. 1. Архитектура транспортного уровня домашней сети

На рис. 1 “Access network” соответствует сети доступа, AGTF (Access Gateway Transport Function) обозначает функцию шлюза транспортного уровня.

Для проводимого исследования наиболее важным является распределение потоков трафика как внутри домашней сети, так и при взаимодействии с внешними сетями. Типовая структура потоков трафика в соответствии с Рекомендацией ITU-T G.9970 для рассмотренной выше архитектуры транспортного уровня домашней сети приведена на рис.2.

Рис. 2. Типовая структура модели домашней сети.

Как видно из рис. 2 имеются три типа IP терминалов, которые могут быть использованы в домашних сетях. IP терминал типа a (type a) является терминалом, который получает пакеты от шлюза доступа AGW и распределяет их по не-IP терминалам, включенным в не-IP домашние сети.

IP терминал типа b (type b) является терминалом, который получает пакеты от шлюза доступа AGW через IP домашнюю сеть и через эту же IP сеть распределяет эти пакеты для IP терминалов типа c (type c). Естественно, функции терминалов b и c могут быть совмещены.

Не-IP шлюз (non-IP GW) также получает пакеты от шлюза доступа и распределяет их для IP терминалов. Естественно, не-IP терминалы могут непосредственно подключаться к сети доступа. NT (Network Termination) обозначает функцию терминации трафика.

Рекомендация ITU-T H.622 “Базовая архитектура домашней сети с поддержкой мультимедийных услуг” основывается на тех же функциональных решениях, что и в Рекомендации ITU-T G.9970, и развивает последнюю в части предоставления пользователям мультимедийных услуг. Рекомендация ITU-T H.622.1 “Архитектура и функциональные требования к домашним сетям с поддержкой IPTV” также основывается на Рекомендации ITU-T G.9970, но предъявляет дополнительные требования в части услуг IPTV.

Таким образом, наличие домашних сетей вносит новые закономерности в распределение потоков трафика и, в первую очередь, возможности распределения трафика внутри домашней сети. При этом необходимо отметить о том, что потоки трафика второго типа (Flow 2) подразумевают также замыкание внутренних потоков терминал-терминал. Все это вместе требует разработки методов расчета трафика для сетей доступа с учетом наличия домашних сетей.

Рассмотрим модели сети доступа с учетом наличия домашних сетей.

При наличии домашних сетей сеть доступа обслуживает как IP трафик, производимый (потребляемый) IP терминалами, так и не-IP трафик, производимый (потребляемый) не-IP терминалами. В связи с этим при построении модели сети доступа с учетом домашней сети за основу может быть принята модель, приведенная в [5]. Отличие модели сети доступа с учетом наличия домашних сетей состоит в том, что поток трафика в этом случае будет определяться не только числом терминалов, но и наличием внутреннего трафика домашней сети, а также наличием не-IP трафика. Модель сети доступа с учетом домашней сети приведена на рис. 3.

В данной модели суммарная интенсивность трафика, определяется на основе интенсивности трафика каждого из типов терминалов и числа этих терминалов по формуле

где : - средняя длина пакета в агрегированном потоке.

В рассматриваемой модели длина пакета принята постоянной, на основе предположения, что в сети доминирует трафик IPTV. При наличии в сети не-IP трафика, вероятно, что длины пакетов будут различны. Предположим, что длина пакетов случайна и распределена по экспоненциальному закону. Тогда, модель, приведенная на рис. 3 может быть описана системой массового обслуживания (СМО) вида M/D/1 [6]
с, (3)

где: - второй момент функции распределения времени обслуживания,

Подставляя в формулу (3) выражения для и , с учетом того, что , и решая его относительно получим

В случае если длина пакета распределена экспоненциально , то модель описывается СМО M/M/1 и пропускная способность равна:

На рис. 4 приведен график зависимости пропускной способности от величины гарантированной скорости передачи данных. В данном примере Мбит/с, Мбит/с. Графики приведены для моделей M/D/1 и M/M/1.

гарантированной скорости передачи для моделей M/D/1 и M/M/1.

Из приведенных графиков на рис. 4 видно, что при экспоненциальном законе распределения времени обслуживания пакетов (длины пакетов) требуемая величина пропускной способности больше, чем при постоянном времени обслуживания (постоянной длине пакетов).
Выводы
При организации доступа домашних сетей с использованием не-IP терминалов и замыкании доли трафика внутри домашней сети могут быть использованы модели M/D/1 и M/M/1 в зависимости от распределения длины пакетов. При этом требуемая скорость передачи обеспечивается, если пропускная способность сети доступа превышает суммарную интенсивность трафика на величину, зависящую от интенсивности трафика, требуемой скорости передачи и второго момента функции распределения длины пакета.
Литература
1. Б.С. Гольдштейн, Н.А. Соколов, Г.Г. Яновский. Сети связи. БХВ, С.Петербург, 2010.

2. Recommendation ITU-T G.9970 Generic home network transport architecture. 01/2009.

3. Recommendation ITU-T H.622 A generic home network architecture with support for multimedia services. 06/2008.

4. Recommendation ITU-T H.622.1 Architecture and functional requirements for home networks supporting IPTV services. 10/2008.

5. Кутбитдинов С.Ш. Об одном методе расчета пропускной способности сети доступа в ngn. // Сборник статей одиннадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Том 3, 27-29 апреля, 2011 г., Санкт-Петербург, с.84-85.

6. Л. Клейнрок. Теория массового обслуживания. М., «Машиностроение», 1979.

Рассматриваются основы теории передачи информации, организации стандартизации в области телекоммуникаций, классификация и принципы построения сетей связи различного назначения. Описываются методы модуляции и кодирования, линии связи, аналоговые и цифровые системы передачи информации, вторичные сети телефонной и радиосвязи, спутниковые системы связи и системы подвижной радиосвязи.