3 Математичне моделювання взаємодії систем ір/хDsl доступу до інтернет

3.1 Постановка задачі

3.2 Структурна схема каналу хDSL доступу до Інтернет

Мережа xDSL-доступу – це широкосмугова мережа доступу, побудована на базі xDSL-систем передачі.

Типова структурна схема каналу хDSL доступу до Інтернет зображена на рис. 3.1

Рисунок 3.1 – Структурна схема каналу хDSL

BRAS – Broadband Remote Access Server (сервер віддаленого широкосмугового доступу).

DSLAM – Digital Subscriber Line Access Multiplexer (мультиплексор доступу цифрових абонентських ліній).

CPE – Customer Premises Equipment (обладнання приміщення користувача).

АТС – автоматична телефонна станція.

АЛ – абонентська лінія.

ПК – персональний комп’ютер.

ЛВС – локальна обчислювальна мережа.

Спліттер не використовується в симетричних видах xDSL (HDSL, SHDSL). Спліттер може бути вбудованим в DSLAM і xDSL-модем.

У деяких випадках мережу xDSL-доступу може закінчуватися в точці «T».

На рис. 3.1 мережу xDSL-доступу – це частина мережі електрозв’язку, обмежена еталонної точкою U (або T) і BRAS (у тій її частині, яка мультиплексує цифрові потоки DSLAM). Як устаткування користувача може виступати xDSL-модем, локальна обчислювальна мережа, персональний комп’ютер та інші пристрої.

xDSL-модем встановлюється в приміщенні користувача і може вико-няти функції маршрутизатора, моста і / або комутатора.

Спліттер являє собою фільтр, який відокремлює високочастотні сигнали (xDSL) від низькочастотних телефонних сигналів (смуга частот від 0,3 кГц до 3,4 кГц) або сигналів ISDN (від 0 кГц до 80 кГц).

DSLAM терминирує сигнали xDSL. Це перший елемент мережі доступу, де відбувається агрегація трафіку безлічі цифрових абонентських ліній.

Ethernet-мережу (на рис. 3.1) – це частина мережі xDSL-доступу, яка обмежена безліччю DSLAM і BRAS і використовує технологію передачі Ethernet.

BRAS мультиплексує цифрові потоки DSLAM і забезпечує агрегацію PPPoE-сесій (PPPoE - Point-to-Point Protocol over Ethernet) абонентів. Взаємодія BRAS з AAA-системою (AAA - Authentication, Authorization and Accounting) забезпечує аутентифікацію, авторизацію і облік наданих послуг кожному абоненту. На основі інформації, отриманої від ААА-системи, BRAS формує політику обслуговування абонентів.

3.3 Інформаційна модель інкапсуляції даних при взаємодії ір/хDsl систем

Передача інформації в мережах з комутацією пакетів описується за допомогою вербальної архітектурної моделі – базової моделі взаємодії відкритих систем (OSI). Основна проблема, пов’язана із взаємодією протоколів цих рівнів, полягає в ефективній обробці і передачі інформації будь-якому споживачеві з необхідною якістю (швидкістю,точністю і т. п.). Для вирішення цієї проблеми на кожному рівні моделі OSI до даних користувачів, які необхідно перетворити і передати, протоколи додають необхідну службову (керуючу) інформацію. Однак ця додаткова службова інформація призводить до погіршення деяких техніко-економічних показників систем передачі даних, наприклад, таких як пропускна здатність, затримка, ціна передачі корисної інформації і т. п..

На пропускну здатність мереж з комутацією пакетів у значній мірі впливають використовувані телекомунікаційні протоколи, що мають свої процедурні особливості, переважні області застосування і параметри, наприклад максимально допустимий розмір кадру. За структурою формований мережевими пристроями кадр містить дані з інформацією користувача мережі, а також заголовок і іноді кінцевик зі службової керуючої інформацією. При аналізі ефективності мережі та виборі оптимального стека протоколів і технологій канального рівня важливим є визначення кількісних співвідношень між користувальницької та службової інформацією.

У передавальній системі потоки даних, створювані додатками користувачів при їх просуванні до фізичного рівня, відчувають деякі перетворення, пов’язані з кодуванням, шифруванням, управлінням, сегментацією, адресацією і т. п. Результатом цих перетворень є зміна структури даних та / або додавання службової інформації в заголовку (кінцевик) блоку даних. При досягненні фізичного рівня блоки даних (кадри, пакети) містять службову інформацію всіх протокольних рівнів.

У приймаючої системі протокольні об’єкти кожного рівня аналізують і використовують призначену для них службову інформацію, виконуючи відповідні даному рівню перетворення, наприклад синхронізацію, декодування, виявлення помилок, десегментацію і т. п. Результатом цих перетворень є відновлення вихідної структури даних та / або видалення службової інформації.

Однією з основних протокольних процедур є формування службових даних в заголовках і кінцевика пакета передавальної системи. Кількість службової (керуючої) інформації, що формується в пакеті на n-му рівні (підрівні) системи, залежить від виду керуючої функціїпротоколу цього рівня (підрівня) і сукупності параметрів його процедур, тобто

, (3.1)

де – кількість інформації, що надходить з виходу (n + 1)-го рівня (підрівня) на вхід n-го рівня (підрівня) системи;

–вектор параметрів процедур протоколу, наприклад адресації, комутації, контролю, пріоритетною обробки, вирівнювання, агрегатування, сегментації, а також стиснення даних і т. п.;

N – кількість рівнів (підрівнів) системи.

Виконавши перетворення (3.1), легко визначити кількість інформації на виході n-го рівня (підрівня) системи

, (3.2)

Об’єкт комунікаційного протоколу і-го рівня (підрівня) відкритої системи у процесі формування пакета до інформації отриманої від протоколу (і+1)-го рівня (підрівня) додає технологічну (керуючу) інформацію, обсягом .Цю технологічну інформацію вважають надлишковою по відношенню до інформації користувача. У загальному випадку, процедура формування обсягу технологічної інформації комунікаційним протоколомі-го рівня (підрівня) відкритої системи може складатися з формування:

– основного (basic) заголовка й кінцевика обсягом з часовою затримкою ;

– добавленого (adding) заголовка обсягом з часовою затримкою ;

– розширеного (extension) заголовка обсягом з часовою затримкою ;

– технологічного доповнення (padding) обсягом з часовою затримкоюв процесі вирівнювання заголовка чи даних тощо.

Тобто, загальний обсяг технологічної інформації в пакеті даних протоколуі-го рівня (підрівня) системи може складатися з зазначених вище обсягів

, (3.3)

Для розрахунку обсягу сумарної кількості керуючої (технологічної) інформації транспортних технологій і протоколів для взаємодії OSI та передачі даних використаємо математичну інформаційну модель інкапсуляції пакетів

, (3.4)

де – загальна кількість інформації на виході n-го протокольного рівня (підрівня) OSI;

–кількість інформації на виході m+1 протокольного рівня (підрівня) OSI (на вході рівня (підрівня) m);

, (3.5)

– сумарна кількість технологічної інформації у пакеті, яку формують комунікаційні протоколи між рівнями (підрівнями) m та n системи;

–кількість технологічної інформації протоколу і-го рівня (підрівня).

У процесі інкапсуляції даних протоколом m-го рівня (підрівня) системи необхідно враховувати значення максимальної одиниці передачі даних MTU (Maximum Transmission Unit) протоколу n-го рівня (підрівня). Використовуючи інформаційну модель інкапсуляції (3.4) можна розрахувати значення MTU пакета протоколу m-го рівня/підрівня системи за формулою:

, (3.6)

де – значення MTU протоколу n-го рівня (підрівня) системи;

–сумарна кількість технологічної інформації в пакеті між рівнями (підрівнями) m та n + 1 системи.

Параметр (3.5) визначає максимальну кількість корисної інформації у одному пакеті, яку можуть переносити комунікаційні протоколи між рівнями (підрівнями) m та n системи.