к.т.н. Червинский В.В., Кадур Мухаммед

Донецкий национальный технический университет, Украина

Исследование передачи трафика VoIP при использовании различных алгоритмов поддержки QoS

При анализе передачи голосового трафика в сети на маршрутизаторах разработчики крупных телекоммуникационных сетей столкиваются с проблемой увеличения задержек, обусловленных выбором алгоритма маркирования VoIP пакетов. Уменьшить общую задержку передачи через сеть можно на сетевом уровне при помощи алгоритма управления потоками трафика RSVP. Сигнальный протокол RSVP является частью разработанной организацией IETF архитектуры intserv, обеспечивающей предоставление сквозных услуг QoS.

Протокол RSVP позволяет приложениям сообщать о требованиях к обслуживанию отдельных потоков трафика. Для определения количественных показателей качества обслуживания с целью управления доступом протокол RSVP использует служебные параметры. Эффективность работы протокола необходимо проверить на модели, одним из вариантов которой можно реализовать при помощи программного пакета Opnet Modeler 14.0.

Программное обеспечение Opnet Modeler 14.0 позволяет смоделировать работу сети: определить нагрузку на каналы, время обработки пакетов сетевым оборудованием и много другой существенной информации. Она имеет большую базу данных оборудования разнообразных устройств: (маршрутизаторов, коммутаторов, шлюзов доступа и прочие) от всех известных разработчиков.

Общий вид модели сегмента исследуемой сети в программе Opnet Modeler 14.0 отображает упрощенную модель сети с искусственно созданной узкой частью в канале для повышения загруженности и увеличения времени прохождения пакетов. Для этого возьмем типовые приложения, которые могут использоваться в крупной телекоммуникационной сети и распределим их между отдельными группами пользователей. Между двумя маршрутизаторами ограничим пропускную способность канала до 10 Мбит/с, чтобы наиболее эффективно рассмотреть результаты работы протокола RSVP.

В качестве приложений возьмем наиболее критичные к задержкам сервисы реального времени – передача голоса и видео.

Рисунок 1 – Общая модель сети в программе Opnet Modeler 14.0

После завершения настройки модели и настроек оборудования проведено моделирование работы сети на протяжении одного часа.

Первый сценарий – моделирование сети без использования протокола RSVP. Второй сценарий – моделирование сети с использованием протокола RSVP.

По результатам моделирования получены данные, приведенные на рисунках 2 и 3.

Как видно из графиков рис. 2 и 3, задержка передачи пакетов при использовании RSVP на маршрутизаторах меньше 150 мс, без использования данного протокола задержка передачи пакета достигает 400 мс.

Также были проведены эксперименты работы протокола RSVP при повышенной нагрузке в сети. Результаты представлены на рис. 4 – 8.

Рисунок 2 – Результаты моделирования без использования протокола RSVP (VoIP+VoD)

Рисунок 3 – Результаты моделирования c использованием протокола RSVP (VoIP+VoD)

Рисунок 4 - Размер очереди на маршрутизаторе со стороны пользователей при повышенной нагрузке на сеть

Рисунок 5 - Отброшенные пакеты маршрутизатором по причине перегрузок

Рисунок 6 - Размер очереди на маршрутизаторе со стороны серверов

Рисунок 7 - Задержки услуг без использования протокола RSVP

Рисунок 8 – Задержки услуг с использованием протокола RSVP

Результаты анализа показывают, что исследованный сегмент сети целиком удовлетворяет все требования относительно верности информации и обеспечивает высокое качество обслуживания даже в случаях значительного влияния на передачу пакетов (например, уменьшение пропускной способности, влияющее на потерю пакетов и повышение задержки передачи). Это реализовывается благодаря алгоритму протоколу RSVP с настроенными параметрами.

Проведено также сравнение протокола RSVP с другими алгоритмами обслуживания пакетов (например, WFQ), чтобы доказать его высокую эффективность для повышения верности передачи информации.

Результаты моделирования пропускной способности канала между маршрутизаторами доступа и ядра при использовании алгоритмов управления очередями SFQ и RSVP представлены на рис. 9 - 10.

Анализ полученных графиков показывает, что протокол RSVP в сравнении алгоритмом SFQ более адекватно реагирует на изменение ситуации в сети, принимая решения об обслуживании трафика для уменьшения потерь и задержек раньше. Таким образом, время реакции протокола RSVP меньше, чем у SFQ, соответственно он вносит меньшую задержку на обработку проходящего трафика.

Рисунок 9 - Зависимость использования пропускной способности канала между маршрутизаторами при использовании алгоритма SFQ

Рисунок 10 – Зависимость использования пропускной способности канала между маршрутизаторами при использовании протокола RSVP

Кроме того, как показали данные исследования, увеличение максимальной длины очереди, разрешает сгладить пульсации пропускной способности и уменьшить время периода, когда пропускная способность изменяется в больших границах. Также было выяснено, что при использовании SFQ нет смысла увеличивать длину очереди больше 20 пакетов. Более большие буфера делают лишь незначительное улучшение характеристик, однако, приводят к большим задержкам. Если пакет длительное время будет находиться в очереди, то для конечных узлов он может быть отмечен как утерянный, что снизит верность информации.

При использовании протокола RSVP, ситуация значительно отличается от SFQ. Как при SFQ, увеличение длины очереди помогает сгладить неровности характеристик, но для достижения того же эффекта могут быть использованные совсем маленькие очереди. Длина очереди влияет только на первейший момент перегрузки. Дальнейшее поведение уровня нагрузки практически не отличается для очередей с большей чем 20 длиной пакетов.

Таким образом, с помощью протокола RSVP можно установить соответствие между запросами к качеству обслуживания приложений и классами услуг diffserv. Например, гарантированному обслуживанию RSVP может быть поставлена в соответствие diffserv-услуга немедленной передачи пакетов для услуг критичных к задержкам – передача голоса и видео.

Литература:

1. Крылов В.В., Самохвалова С.С. – Теория телетрафика и ее приложения. – СПб.: БХВ-Петербург. –2005. – 288 c

2. Обзор продуктоов и решений компании Cisco Systems/Г. Большаков и др. – Киев: Cisco Systems, 2002. -84с.

3. Басов Д.В., Червинський В.В. Аналіз засобів забезпечення показників QoS в телекомунікаційних мультисервісних мережах // Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІII науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 14-17.06.2013 р. - Донецьк, ДонНТУ, 2013. - 441 с.- c. 19-20

4. Гольдштейн Б.С., Пинчук А.В., Суховицкий А.Л. IP-телефония. М.: Радио и связь, 2001.

5. Кадур Мухаммед, Червинский В.В. Планирование сети NGN для административного центра г. Бейрут // Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІII науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 14-17 травня 2013 р. - Донецьк, ДонНТУ, 2013. – 441 с. – С. 46-49

6. Телегин К.Е. Принцип выбора оборудования для построения сетей доступа. Технология и средства связи 2007 №3.Сети нового поколения. Обзор проектов 2007. Технология и средства связи 2008 №1.