2. Анализ возможности передачи речи по сети передачи данных Fra
me RelayЦелью настоящего анализа является оценка вместимости каналов корпоративной сети передачи данных (КСПД) для организации в них речевых трактов, при передачи речи согласно методу VoFR, а также расчет задержки передачи речи по сети передачи данных Frame Relay, как основного показателя качества передачи речи.
2.1. Наиболее вероятная схема организации речевой связи по сети передачи данных Frame Relay
При организации телефонной связи на основе сети передачи данных Frame Relay основным руководящим документом является стандарт FRF.11 [18]. В нем четко сформулированы функции VFRAD, а также способы подключения к нему телефонного оборудования и место VFRAD в структуре сети. Основные положения стандарта FRF.11 были приведены в разделе 1.6. Для кодирования речи желательно использовать вокодер ACELP, описанный в рекомендации ITU G.723.1 [3]. Выбор этого вокодера обусловлен самым выгодным соотношением качество речи
/ скорость потока. Характеристики вокодера можно найти в разделе 1.3.На Рис. 2.1 приведена схема подключения телефонного оборудования к сети Frame Relay.
Рис. 2.1. Схема организации телефонной связи по сети передачи данных Frame Relay.
Для определенности предположим, что услугами телефонной связи пользуются абоненты двух узлов. Для этого выделен постоянный виртуальный канал, в рамках которого может быть организовано до 255 речевых трактов (подканалов). Теоретически, максимальная гарантированная скорость передачи по виртуальному каналу (СIR) не может превышать величины пропускной способности физического канала связи, соединяющего узлы сети.
Положим, что в сети организован виртуальный канал, с максимально возможной гарантированной скоростью передачи, и в рамках него организовано максимально возможное количество речевых трактов. Для этого рассмотрим два типа каналов: с пропускной способностью 19,2 кбит/c и 2048 кбит/c.
2.2. Оценка количества речевых трактов при организации речевой связи по физическому каналу 19,2 кбит
/сИсходя из того, что скорость алгоритма кодирования речи составляет 5,3 кбит/c, можно делать выводы о возможном количестве речевых трактов. Ясно, что их количество по крайней мере должно быть не более 3 (19,2 / 5,3 = 3,6; где 19,2 - скорость физического канала в кбит/c, а 5,3 - скорость алгоритма в кбит/c). Это означает, что номера подканалов можно представить в виде 6 разрядного двоичного числа и тем самым уменьшить на один байт размер заголовка подкадра (см. описание структуры подкадров в разделе 1.6.). Исходя из того, что размер речевого кадра составляет 20 байтов, формат речевого подкадра согласно стандарту FRF.11 будет иметь вид, представленный на Рис. 2.2.
Рис. 2.2. Формат речевого подкадра.
Предположим, что в одном виртуальном канале функционируют 3 речевых тракта. Это означает, что кадр Frame Relay, согласно стандарту FRF.11, будет иметь вид, представленный на Рис. 2.3.
Рис. 2.3. Формат кадра Frame Relay, при организации 3 речевых подканалов.
Из Рис. 2.3 видно, что общий размер кадра Frame Relay составляет 28 байтов. Из них 20 байтов - полезная нагрузка. Исходя из того условия, что каждый речевой кадр должен быть передан со скоростью 5,3 кбит/c, скорость передачи кадра Frame Relay по каналу связи должна составить 7,4 кбит/c (20 байтов, составляющих речевой кадр, должны быть переданы со скоростью 5,3 кбит/c, следовательно 28 байтов кадра Frame Relay должны быть переданы со скоростью 7,4 кбит/c для своевременной доставки речевого кадра). Этот вывод показывает, что для организации 3-х речевых трактов потребуется 22,2 кбит/c пропускной способности физического канала (7,4 кбит/c * 3 = 22,2 кбит/c), и это означает, что невозможно организовать 3 речевых тракта в канале 19,2 кбит/c. Возможна организация лишь 2 речевых трактов. В случае организации двух речевых трактов, необходимо 14,8 кбит/c пропускной способности канала связи.
Воспользуемся такой возможностью метода VoFR как мультиплексирование различных подканалов в единственном кадре Frame Relay и попробуем вложить в кадр Frame Relay 3 речевых подкадра различных пользователей. В этом случае, в соответствии со стандартом FRF.11, кадр Frame Relay, будет иметь формат, представленный на Рис.2.4.
Рис. 2.4. Формат кадра Frame Relay с несколькими речевыми кадрами.
Из рисунка видно, что общий размер кадра Frame Relay составляет 73 байта. Из них 60 байтов - полезная нагрузка. Исходя условия, что каждый речевой кадр должен быть передан со скоростью 5,3 кбит/c, скорость передачи кадра Frame Relay по каналу связи должна составить 19,3 кбит/c (20 байтов, составляющих речевой кадр, должны быть переданы со скоростью 5,3 кбит/c, следовательно 73 байта кадра Frame Relay должны быть переданы со скоростью 19,3 кбит/c, для своевременной доставки речевого кадра). Т.о. даже в случае мультиплексирования нескольких речевых кадров в пределах одного кадра Frame Relay нельзя организовать 3 речевых тракта в канале 19,2 кбит/c.
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что при использовании физического канала связи с пропускной способностью 19,2 кбит/c и алгоритма кодирования речи G.723.1 (ACELP - 5,3 кбит/c) для передачи речи по сети Frame Relay можно организовать 2 речевых тракта.
/сПри определении размера кадра Frame Relay будем исходить из того, что в одном кадре Frame Relay передается один речевой кадр. Дело в том, что мультиплексирование различных подканалов в пределах одного кадра Frame Relay приводит к дополнительной задержке.
Количество речевых трактов для данного физического канала по крайней мере должно быть не более 386 (2048 / 5,3 = 386,4; где 2048 - скорость физического канала в кбит/c, а 5,3 - скорость алгоритма в кбит/c). Рассмотим виртуальный канал с максимальным числом речевых трактов (т.е. 255 речевых подканалов). Это означает, что номера 63 первых подканалов будут представлены 6 разрядным двоичным числом, поэтому заголовок подкадра будет составлять 1 байт, а номера последующих 192 подканалов будут представлены в виде 8 разрядного двоичного числа, т.е заголовок подкадра будет иметь размер 2 байта (см. описание структуры подкадров в разделе 1.6.). Кроме того, каждый речевой кадр должен быть снабжен фиксированным заголовком в 1 байт. Таким образом размер 63 кадров Frame Relay составит 28 и размер 192 кадров - 29 байтов.
Рассматривается час наибольшей нагрузки, когда все речевые тракты одновременно активны. Исходя из того условия, что каждый речевой кадр должен быть передан со скоростью 5,3 кбит/c, 63 кадра Frame Relay должны быть переданы со скоростью не менее 7,4 кбит/c, а 192 кадра - со скоростью 7,7 кбит/c, для своевременной доставки речевых кадров. Исходя из этого условия можно определить полосу пропускания необходимую для организации 255 речевых
трактов ([63 * 7,4 кбит/c] + [192 * 7,7 кбит/c] = 1945 кбит/c).Видно, что при использовании канала 2048 кбит/с остается еще 103 кбит/c пропускной способности, где можно организовать дополнительный виртуальный канал для нужд речевой связи.
Количество речевых подканалов по крайней мере не будет превышать 19 (103 / 5,3 = 19). Это означает, что номера подканалов могут быть представлены 6 разрядным двоичным числом, и следовательно размер кадра составит 28 байтов. Исходя из того, что каждый речевой кадр должен
быть передан со скоростью 5,3 кбит/c, кадр Frame Relay должен быть передан со скоростью не менее 7,4 кбит/c. Это означает, что в случае активности всех речевых трактов для данной пропускной способности их число составит 13.Окончательно можно сделать вывод о том, что при использовании физического канала связи с пропускной способностью 2048 кбит/c и алгоритма кодирования речи G.723.1 (ACELP - 5,3 кбит/c) для передачи речи по сети Frame Relay можно организовать 2 виртуальных канала с общим числом речевых трактов равным 268.
2.4. Анализ задержки передачи речи по сети передачи данных Frame Relay
Основным показателем качества передачи речи является совокупная задержка передачи речевого сигнала, поэтому основное внимание следует обратить именно на этот показатель качества телефонной связи.
Условия анализа были приведены в предыдущем разделе, однако для удобства рассмотрения вводится такое условие, что в сети организован один виртуальный канал содержащий единственный речевой тракт. В этом случае размер кадра Frame Relay будет составлять 28 байтов и следовательно должен быть передан со скоростью 7,4 кбит/с. Формат кадра Frame Relay представлен на Рис.2.5.
Рис. 2.5. Формат кадра Frame Relay для единственного речевого подканала.
На Рис.2.6. представлена схема распределения задержек, возникающих при передачи речи по сети Frame Relay корпоративной сети передачи данных
.
Рис. 2.6. Схема распределения задержек в сети передачи данных Frame Relay.
Предположим, что в сети отсутствует какая-либо дополнительная нагрузка. Таким образом, опираясь на приведенную схему распределения задержек, а также учитывая количество транзитных узлов при передаче речевого сигнала от абонента к абоненту, можно с достаточной точностью определить величину совокупной задержки передачи речевого сигнала по сети передачи данных Frame Relay в соответствии со следующим соотношением:
Величины задержек накопления и обработки были приведены при описании основных характеристик вокодеров, в разделе 1.3. Последовательная задержка рассчитывалась из того минимально допустимого условия, что кадры Frame Relay от узла к узлу будут передаваться с постоянной скоростью 7,4 кбит/c. Задержка распространения сигнала, рассчитывалась из того условия, что передача осуществляется по коаксиальному кабелю, и в соответствии с рекомендацией ITU G.114 рассчитывается из соотношения:
задержка распространения (мс) = 0,004 * протяженность канала связи (км).
В Табл.2.1. представлены величины задержек, возникающих при передачи речи между абонентами некоторых узлов корпоративной сети передачи данных
.Табл. 2.1. Односторонняя задержка при передаче речевого сигнала по сети Frame Relay (от ТЛФ до ТЛФ)
|
|
Москва-1 |
С.-Петербург |
Калининград |
Новосибирск |
Петропавловск-Камчатский |
|
Москва-1 |
|
153 мс |
154 мс |
189 мс |
270 мс |
|
С.-Петербург |
|
|
187 мс |
222 мс |
303 мс |
|
Калининград |
|
|
|
223 мс |
304 мс |
|
Новосибирск |
|
|
|
|
201 мс |