Назаренко С.В., Червинский В.В.

Донецкий национальный технический университет, Украина

Моделирование и исследование сети NGN, построенной на основе технологии IP/MPLS

В предыдущей работе [6] авторами разработан вариант построения телекоммуникационной сети нового поколения для условий г. Шымкент (Казахстан). Немаловажным при этом является решение проблем, связанных с коммутацией пакетов и обеспечением параметров QoS в транспортной сети. Одним из вариантов их решения является применение технологии ІP/MPLS. Данная технология поддерживает механизм маршрутизации на основе резервирования ресурсов RRR (Routіng by Resource Reservatіon), который позволяет управлять потоками трафика во время его передачи по каналам. Эти возможности ІP/MPLS особенно востребованы в моменты высокой загруженности сети, что особенно актуально для сети NGN, где предоставляются широкополосные услуги Triple Play. Таким образом, для поддержки высокого качества обслуживания в разработанной сети оптимизируются механизмы передачи трафика при помощи применения на маршрутизаторах транспортной сети технологии ІP/MPLS.

Исследование работы мультисервисной сети NGN, оптимизированной на базе технологии MPLS для поддержки QoS и приоритезации трафика, включает два эксперимента.

Первый из них должен определить выигрыш в применении технологии MPLS в транспортной сети в сравнении с использованием стандартных рекомендации относительно управлением трафика и поддержки механизмов обеспечения качества обслуживания базовыми средствами IP сети. Второй опыт должен определить, как изменяются параметры качества сети при резком возрастании трафика в сети с использованием технологии MPLS и без нее.

Исследования качественных характеристик сети проведены с использованием пакета моделирования Opnet, в терминах которого собрана модель мультисервисной сети - рисунок 1.

Рисунок 1 – Модель сети в OpNet

Как показано на рисунке, в основу топологии сети положено кольцо маршрутизаторов, два из которых являются предельными. К предельным маршрутизаторам через коммутаторы подключенные источники трафика.

При моделировании также были сделаны определенные допущения. Объем трафика, который передается по каналам сети, не превышает 60% их пропускной способности. Это допущение сделано с целью приближения модели к реальным сетям, в которых максимальная утилизация каналов связи не превышает 60-70% с целью предотвращения перегрузок из-за всплесков трафика.

В первом случае в модели использовались обычные IP-маршрутизаторы, которые не поддерживают технологию MPLS согласно схеме. Маршрутизация пакетов осуществлялась с помощью протокола OSPF.

Во втором сценарии использовались маршрутизаторы с поддержкой технологии MPLS. Кроме того была реализована поддержка Traffic Engineering. Добиться этого удалось благодаря использованию сигнального протокола CR-LDP, настройка которого проводилось путем задачи FECs в окне атрибутов MPLS, а также с помощью настройки в роутерах параметров LDP. В результате этих действий основной маршрут передачи пакетов было определено через маршрутизаторы router_clients-R1_MPLS_router. При возникновении в сети перегрузки трафик распределялся по CR-LSP маршрутам, чтобы нагрузка на сеть, распределялось равномерно. Это разрешает эффективнее использовать ресурсы сети.

Для каждого сценария время моделирования задано равным 420 секундам. Согласно настройкам, трафик VoIP генерировался в сети начиная из сотой секунды и до конца времени моделирования. Каждые две секунды в сеть поступал новый вызов.

В ходе моделирования получены параметры QoS для разных интерактивных услуг (VoD, IPTV, VoIP), которые наиболее чувствительны к перегрузкам в сети. Результаты моделирования представлены на рис.2 - 3.

Рисунок 2 – Задержка передачи пакетов для различных видов трафика при повышенной нагрузке в модели сети без использования технологии MPLS

Как видно из рисунков, потери пакетов голосового трафика в IP сети начались с 240 секунды, тогда как в MPLS сети - с 300. Учитывая весь отрезок времени моделирования, наблюдаем, что по MPLS сети передано большее количество пакетов, чем по IP, т.е. пропускная способность каналов выше.

Анализируя полученные результаты задержки, обратимся к рекомендации ITU-T G.114, в которой говорится, что для ведения комфортного разговора односторонняя задержка не должна превышать 150 мс (имеется в виду задержка канала и алгоритмическая задержка кодека). Как видно из рисунка, это требование выполнялось до 240 секунды в сети IP и до 300 секунды в сети MPLS. Следует отметить, что эти показатели в сети могут быть улучшены за счет применения более скоростного кодека.

Рисунок 3 – Задержка передачи пакетов для различных видов трафика при повышенной нагрузке в модели сети c использованием технологии MPLS

Подводя итог проведенному моделированию, можно сделать вывод, что использование в сети технологии MPLS положительно влияет на ее производительность: пропускная способность каналов выше, задержка ниже. Кроме того, технология MPLS позволяет применять гибкие алгоритмы управления трафиком в сети (Traffic Engineering), которые позволяют более равномерно распределять нагрузку и эффективнее использовать ресурсы сети.

Также при спользовании встроенных механизмов балансировки нагрузки технологии MPLS можно избежать перегрузок в сети (рис. 4-5)

Рисунок 4 – Загрузка канала между маршрутизаторами без использования балансировки нагрузки технологии MPLS

Рисунок 5 – Загрузка канала между маршрутизаторами с примненением механизмов балансировки нагрузки технологии MPLS

Утилизация каналов в реальных телекоммуникационных сетях не должна превышать 60-70% от общей пропускной способности канала. При условиях, которые сложились при моделировании работы сети без поддержки MPLS, целесообразным является применения механизмов обеспечения качества обслуживания, которые базируются на обработке трафика соответственно его приоритету. Для этого также необходимо провести настройку приоритетов трафика в модели без применения MPLS.

После того, как приоритеты настроены, создаются условия повышенной нагрузки в транспортных каналах сети и наблюдаются изменения утилизации каналов с использованием технологии MPLS и без нее. Результаты моделирования представлены на рисунках 6-7.

Рисунок 6 – Утилизация транспортного канала сети при повышенной нагрузке в модели сети без использования технологии MPLS

Рисунок 7 – Утилизация транспортного канала сети при повышенной нагрузке в модели сети с использованием технологии MPLS

Из полученных графиков видим, что при моделировании сети без поддержки MPLS утилизация нагруженного канала периодически достигает ста процентов, что означает рост уровня потерь пакетов, увеличение задержки и джиттера (для голосовых приложений). При использовании технологии MPLS утилизации канала составляет в среднем 70% и является более равномерной. Таким образом, применение технологии MPLS позволяет равномерно распределить нагрузку каналов и контролировать ее уровень при повышении интенсивности трафика.

Таким образом, результаты моделирования сети в режиме повышенной нагрузки подтвердили выбор технологии IP/MPLS на транспортном уровне сети для повышения качества обслуживания. Применение технологии MPLS сравнительно со случаем применения встроенных механизмов обеспечения качества обслуживания IP сети уменьшает среднее значение общей задержки при высокой нагрузке сети. Кроме того, величина задержки усреднена и нет резких всплесков, что говорит о более высокой управляемости сети с использованием технологии MPLS. Таким образом, применение технологии MPLS значительно уменьшает общую задержку передачи пакетов сетью и стабилизирует ее значение.

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. Назаренко С.В., Червинский В.В. Телекоммуникационная сеть нового поколения для условий г. Шымкент (Казахстан) // 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. 62-64.

7. 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.