Мультисервисные сети2

вания. Методы LA различаются по способу назначения подмножеств световых путей классам обслуживания. Это распределение может быть статическим, статическим с заимствованием, или динамическим.

При статическом распределении каждому классу обслуживания сопоставляется фиксированное подмножество световых путей. Количество световых путей в каждом подмножестве зависит от класса обслуживания (т.е. с более высоким классом обслуживания ассоциируется большее число световых путей).

Когда используется заимствование, классы различного приоритета могут заимствовать световые пути друг у друга согласно какому-то критерию. Различные методы такого заимствования описаны в [9]. Например, низкоприоритетный трафик заимствует пути у более высокоприоритетного. Однако, обратное заимствование невозможно, так как световые пути низкоприоритетного трафика могут не удовлетворять требованиям QoS более высокоприоритетного класса.

При динамическом подходе, сеть запускается без резервирования световых путей для классов обслуживания. Все множество доступных световых путей может быть динамически назначено любому из существующих в сети классов обслуживания, при условии, что все световые пути имеют одинаковые характеристики. Один из методов динамического распределения световых путей – использование пропорционального разделения [10]. При пропорциональном разделении возможна количественная настройка разделения служб по индивидуальным QoS меркам, пропорционально факторам разделения, заранее установленным оператором сети. Другими словами, если qi – мера QoS важности и si – факторы разделения для класса i, то при использовании пропорциональной модели для всех пар классов обслуживания должно выполняться следующее соответствие:

где i, j = 1, 2, …, N.

Например, предположим, что q1 и q2 – вероятности потери пакетов для классов 1 и 2 соответственно. Если s1 равно 1, а s2 равно 3, то вероятность потери пакета для класса 2 в три раза больше, чем для класса 1. Следовательно, количество световых путей, выделенных классу 1 должно быть в три раза больше, чем для класса 2.

QoS в сетях с оптической коммутацией пакетов. Идея, лежащая в основе большинства методов OРS – разделение путей следования данных и управляющей информации. В этом случае, функции маршрутизации и перенаправления выполняются с использованием электронных микросхем после О/Е преобразования заголовка пакета, в то время как полезная нагрузка прозрачно коммутируется в оптическом

домене без каких-либо преобразований. До сих пор было предложено всего несколько методов обеспечения разделения служб в OPS сетях. Это связано с тем, что OPS – относительно новая технология и еще много проблем ожидает своего решения.

При любом методе коммутации пакетов могут возникать конфликты, когда большое количество пакетов должно быть передано через малое число исходящих звеньев за ограниченное время. В основном, технологии QoS в сетях OPS с целью обеспечения разделения служб при возникновении конфликтов используют алгоритмы волнового разделения и FDL. В [11] представлено два алгоритма для разделения служб в оптических пакетных коммутаторах. Дадим краткий обзор этих алгоритмов, как основных технологий обеспечения QoS в сетях OPS.

Распределение несущих (Wavelength Allocation, WA). При этом ме-

тоде все доступные несущие разделяются на отдельные подмножества, и каждое подмножество ассоциируется с различным уровнем приоритета, так что более высокий уровень приоритета имеет большую часть от доступных несущих. Возможны различные алгоритмы WA, подобные представленным ранее алгоритмам LA. Методы WA для разделения служб используют только длину волны и не применяют FDL буферы.

Комбинированное распределение несущих с пороговым сбрасы-

ванием (Combined Wavelength Allocation and Threshold Dropping, WATD). В дополнение к WA, в этом методе используется порог отбрасывания для установления различий между разными классами приоритета. Когда заполнение FDL буфера превышает установленный порог, низкоприоритетные пакеты отбрасываются. Путем использования различных порогов отбрасывания для каждого уровня приоритета, можно обеспечить разделение классов обслуживания. Этот метод для обеспечения разделения служб использует как волновую область (WA), так и временную (FDL), поэтому он более сложен в расчетах, чем безбуферный метод WA.

Хотя представленные подходы и выглядят простыми, их воплощение в OPS может вызвать трудности, так как это потребует синхронизации между заголовком пакета и его полезной нагрузкой. Этот процесс требует, чтобы полезная нагрузка пакета была задержана до тех пор, пока заголовок не будет полностью обработан и пакет не будет классифицирован, после чего пакету назначается несущая. Но, при этом используется принцип «пакет за пакетом», который ограничивает скорость коммутации. Более того, так как к пакетам в FDL невозможно произвести произвольный доступ, как в случае электронных буферов, требуется разработка новых методов для доступа к любому произвольному пакету, хранимому в FDL.

QoS в сетях с оптической коммутацией блоков. Обеспечение

QoS в сетях OBS требует сигнального (для резервирования) протоко-

Во втором случае, req(0) поступает перед req(1), как показано на рис. 6.14. Легко заметить, что до тех пор, пока для класса 1 длина блока больше, чем максимальная длина блока класса 0, любой запрос от класса 1 будет отменен блокирующим запросом от класса 0. Авторы в [9] представили простую аналитическую модель, вычисляющую веро-

ятность потери блока как функцию toffset и сделали вывод, что для обеспечения близкой к 100% независимости классов 0 и 1 необходимо, что-

бы toffset было равно 5L0, где L0 – средняя длина блока класса 0. Основной недостаток этого алгоритма состоит в том, что он вносит значи-

тельную задержку в передачу высокоприоритетного трафика. Планирование в OBS. Когда управляющий блок прибывает в узел,

используется алгоритм планирования волновых каналов для определения волнового канала (и FDL, если они применяются) на исходящем звене для соответствующего блока данных. Планировщику необходима такая информация, как время прибытия блока и его смещение по отношению к управляющему блоку. Планировщик отслеживает доступные временные слоты в каждом волновом канале. Если на узле используются FDL, планировщик выбирает один или более FDL для задержки блока данных, если это необходимо. Волновой канал называется неназначенным (unscheduled) в момент времени t, если нет блоков, использующих этот волновой канал в момент времени t или после него. Канал называется неиспользуемым (unused) в промежутке времени между двумя следующими друг за другом блоками, или после последнего блока, связанного с каналом.

При реализации планировщика OBS встает несколько проблем. Во-первых, он должен выбирать волновые каналы и FDL эффективным способом, снижающим вероятность потери блока. К тому же, он должен быть способен достаточно просто управлять большим количеством блоков в очень высокоскоростном окружении. Более того, планировщик не должен становиться причиной ситуации «раннего прибытия блока данных», когда блок данных прибывает до того, как управляющий блок будет обработан.

В литературе было предложено большое количество алгоритмов назначения волновых каналов [12-16]. Ниже представлены некоторые из них.

Алгоритм первого подходящего неназначенного канала (First Fit Unscheduled Channel, FFUC). Для каждого исходящего волнового канала алгоритм FFUC отслеживает время, когда он находится в неназначенном состоянии. Всякий раз, когда прибывает управляющий блок, FFUC алгоритм просматривает все волновые каналы в фиксированном порядке и назначает блоку первый попавшийся канал, ко-

Рис. 6.15. Алгоритм LAUC

торый перейдет в неназначенное состояние до прибытия блока данных. Основное достоинство этого алгоритма – простота вычислений. Основной его недостаток в том, что в результате получается высокая вероятность отбрасывания блока, так как алгоритм не принимает во внимание промежутки между запланированными блоками.

Алгоритм позднейшего доступного незапланированного канала

(Latest Available Unscheduled Channel, LAUC). Основная задача ал-

горитма LAUC состоит в том, чтобы повысить использование канала путем минимизации промежутков между блоками. Это осуществляется путем выбора самого позднего неназначенного волнового канала для каждого прибывающего блока данных. Например, на рис. 6.15 в момент времени ta несущие 1 и 2 неназначены, и в ta для передачи прибывшего блока данных будет выбрана несущая 1, так как промежуток между блоками на несущей 1 будет меньше, чем, если бы была выбрана несущая 2. LAUC обеспечивает меньшую вероятность отбрасывания блока, чем при алгоритме FFUC и не требует какихлибо дополнительных вычислительных ресурсов. Однако, он, так же как и FFUC, не принимает во внимание наличие промежутков между блоками, что приводит к относительно высокой вероятности отбрасывания блока.

Алгоритм LAUC с заполнением промежутков (LAUC with Void Filling, LAUC-VF). На рис. 6.15 в промежутке между двумя блоками на несущей 1 канал не используется. LAUC-VF похож на LAUC, за исключением того, что промежутки заполняются вновь прибывающими блоками. Основная идея этого алгоритма состоит в минимизации промежутков между блоками путем выбора позднейшего неиспользуемого канала для каждого прибывающего блока данных. В заданное время прибытия ta на оптический коммутатор блока данных длительностью L, планировщик сначала находит все исходящие

Для i от 1 до n

пока Qi имеет в текущем слоте принадлежащие ей СВi извлечь СВi из Qi ;

использовать алгоритм LAUC-VF для планирования DBi соответствующего СВi .

Этот алгоритм гарантирует, что если i < j, то те DB, у которых CB находятся в очереди Qi, будут обрабатываться раньше DB, у которых СВ находятся в Qj.

В разделе 6.4 мы кратко ознакомились с некоторыми механизмами обеспечения QoS в оптических IP-сетях. Работа по созданию новых механизмов продолжается, что позволяет перейти к ALL-IP оптическим сетям следующего поколения.

Контрольные вопросы

1.Какие преимущества обеспечивает конвергенция IP-сетей и сетей ТфОП?

2.Дайте краткую характеристику рекомендации Y.1540.

3.Дайте краткую характеристику рекомендации Y.1541.

4.С какой целью происходит внедрение IPv6?

5.Каковы недостатки межсетевого протокола IPv4?

6.Как обеспечить сосуществование IPv6 и IPv4?

7.В чем заключается практический подход к обеспечению QoS?

8.Каковы особенности обеспечения QoS в оптических IP-сетях?

9.Перечислите основные технологии коммутации, используемые в оптических сетях.

10.Как обеспечивается QoS в WR-сетях?

11.Как обеспечивается QoS в сетях с оптической коммутацией пакетов

(OPS)?

12.Как обеспечивается QoS в сетях с оптической коммутацией блоков (OВS)?

Список литературы

1.Sefz N. ITU-T QoS Standarts for IP-Based Networks. IEEE Communication Magazine. – Iune 2003, pp. 82-89.

2.Tatipamula M., Grassete P., Esaki H. IPv6 Integration ang Coexistence Strategies for Next – Generation Networks. IEEE Communication Magazine. – January 2004, pp. 88-98.

3.Xiao X. and al. A Practical Approach for Providing QoS in The Internet Backbone. IEEE Communication Magazin. – December 2002, pp. 56-62.

4.Kaheel A., Khattab T., ahd al. Quality of Service Mechanisms in IP-over-WDM Networks. IEEE Communication Magazine. – December 2002, pp. 38-43.

5.J. M. H. and H. T. Mouftah. Technologies and Architectures for Scalable Dynamic Dense WDM Networks, IEEE Commun. Mag., Feb. 2000.

6.T. Khattab et al. Optical Packet switching with Packet Aggregation, Proc. SoftCOM 2002, Oct. 2002.

7.C. Qiao and M. Yoo. Choices, Features, and Issues in Optical Burst Switching, Opt. Net. Mag., vol. 1, no. 2, April 2000, pp. 36-44.

8.N. Golmie, T. D. Ndousse, and D. H. Su. A Differentiated Optical Services Model for WDM Networks, IEEE Commun Mag., Feb. 2000, pp. 68-73.

9.A. Jukah. QoS-based Wavelength Routing in Multi-Service WDM Networks, Springer, 2001.

10.N. M. Bhide. Network Protocols and Algorithms for Next Generation Optical Wavelength Division Multiplexed Networks, Wash. State Univ., 2001.

11.C. Yang, H. Mounir, and D. H. K. Tsang. Proportional QoS over WDM Networks: Blocking Probability, IEEE Symp. Comp. and Commun., 2001, pp. 210-216.

12.M. Yoo and C. Qiao. A New Optical Burst Switching Protocol for Supporting Quality of Service, SPIE Proc., All Opt. Net.: Architecture, Control and Mgmt. Issue, vol. 3531, Nov. 1998, pp. 396-405.

13.Y. Xoing, M. Vandenhoute, and C. Cankaya. Control Architecture in Optical BurstSwitched WDM Networks, IEEE JSAC, vol. 18, Oct. 2000, pp. 1838-51.

14.J. Turner. Terabit Burst Switching, J. High Speed Nets., vol. 8, 1999, p. 3-16.

15.M. Yang, Q. Zheng, and D. Verchere. A QoS Supporting Scheduling Algorithm for Optical Burst Switching in DWDM Networks, Proc. GLOBECOM 2001, 2001, pp. 86-91.

16.C. Murthy and M. Gurusamy. WDM Optical Networks: Concepts, Design, and Algorithms, Prentice Hall, 2002.

Глава 7. Особенности построения сетей доступа

Телекоммуникационные сети обеспечивают широкий спектр услуг от телефонной связи до видеоконференций и телевидения высокой четкости. При этом базой предоставляемых услуг служат транспортные сети и сети доступа.

Важнейшей задачей развития телекоммуникационных сетей является решение проблем сети абонентского доступа, так как она является одним из самых узких мест современных телекоммуникаций. Это обусловлено рядом проблем в реализации участка связи между абонентом и сетью. К ним относятся дороговизна обновления оборудования и линий; отсутствие четких показателей востребованности услуг; сложность с новыми инвестициями и др. Кроме того, как правило, отсутствуют долгосрочные концепции развития сети доступа.

Ежегодно во всем мире и в России растет объем трафика, передаваемого по сетям абонентского доступа. Для построения сетей доступа используются различные технические решения: на базе ВОЛС, беспроводный радиодоступ и технологии семейства xDSL, использующие инфраструктуру медных кабельных линий.

В главе рассматриваются все используемые сегодня варианты построения сетей доступа за исключением радиодоступа, который достаточно детально рассмотрен в [1]. При подготовке данной главы использован ряд первоисточников [2-10], который может быть полезен для более углубленного изучения сетей доступа.

7.1. Модель, определения и архитектура сетей доступа

Построение сети доступа (СД) должно удовлетворять трем видам предоставляемых пользователям услуг мультисервисной сети:

передача речи (звука, телефонная связь, речевая почта и т.д.);

передача данных (Интернет, факс, электронная почта, компьютерные файлы, электронные платежи и т.д.);

передача видеоинформации (телевидение, видео по запросу, ви-

деоконференции и т.д.).

Поэтому изначально необходимо определиться с моделью и архитектурой сети доступа.

Место сети доступа во взаимодействии с другими сетями определяет общая архитектура (рис. 7.1) и модель этой сети, рассмотренные в рекомендации ITU-T G.902 (11/95).

Рис. 7.1. Общая архитектура сети доступа

TMN (Telecommunications Management Network) – сеть управления электросвязью; AN (Access Network) – сеть доступа; SN (Service Node) – узел услуг; UNI (User-Network Interface) – интерфейс пользова-

тель-сеть(точка присутствия сети доступа); SNI (Service Node Interface) – интерфейс узла услуг; TN (Transport Network) – транспортная сеть

Рис. 7.2. Протокольная модель сети доступа

Протокольная модель сети доступа представлена на рис. 7.2. В модель входят уровни и системы. Уровни: физический, трактов, каналов, поддержки доступа и управления. Системы: управления и поддержки возможностей доступа.