Система информационного взаимодействия на железнодорожном транспорте(Автореферат)

На правах рукописи

Лёвин Владимир Александрович Система информационного взаимодействия на железнодорожном транспорте с применением IP-телефонии 05.13.17 – Теоретические основы информатики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2003

http://iptelephony.report.ru

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор Фомин Алексей Фёдорович

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Нейман Владимир Ильич - кандидат технических наук, доцент Хорошавин Александр Иванович

Ведущая организация

- Радиотехнический институт Российской академии наук им. академика А.Л. Минца (РТИ РАН)

Защита диссертации состоится 11 февраля 2004 г. в ___ часов на заседании

диссертационного

совета

Д218.005.04

в

Московском

государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ГСП-4, ул. Образцова, 15, ауд. 4517 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа. Автореферат разослан «___» ________ 2003 года. Ученый секретарь диссертационного Н.А. Казанский

совета Д218.005.04 к.т.н., доцент

2

http://iptelephony.report.ru

Общая характеристика работы Актуальность темы. В настоящее время на железнодорожном транспорте России функционирует множество систем информационного взаимодействия

различного

назначения,

архитектуры,

аппаратного

исполнения, физически и морально изношенных, которые используют различные оптические,

линии

передачи

радиорелейные,

(воздушные, космические).

кабельные, В

рамках

волоконнопроводимой

программы информатизации МПС России осуществляется модернизация всех видов телекоммуникационных сетей и переход от аналоговых к цифровым системам с коммутацией каналов. Актуальной задачей в сложившейся ситуации является рассмотрение возможности интеграции различных видов услуг, в том числе речевых, на базе существующей инфраструктуры сети передачи данных с применение технологии IP-телефонии. Однако, повсеместная замена устаревшей технологии на перспективные системы информационного взаимодействия в настоящее время является затруднительной задачей с технической, экономической и социологической точек зрения. Поэтому необходимо определить

условия

внедрения

технологии

IP-телефонии

на

железнодорожном транспорте. В сетях передачи данных с коммутацией пакетов существует ряд нерешенных проблем, связанных с обеспечением высокого качества обслуживания разнородного трафика мультисервисных приложений, работающих в режиме реального времени. В первую очередь это относится к технологии IP-телефонии. Цель работы заключается в определении места и условий внедрения технологии

IP-телефонии

на

железнодорожном

транспорте.

Для

достижения цели в диссертации сформулированы и решены следующие основные задачи: 3

http://iptelephony.report.ru

1. Обзор

и

анализ

состояния

систем

информационного

взаимодействия на технологическом сегменте сети связи МПС. 2. Исследование методов обеспечения качества обслуживания в сети передачи данных, определение критериев оценки и основных требований к качеству передачи речи в технологической сети с коммутацией пакетов. 3. Экспериментальные

исследования

обеспечения

качества

обслуживания речевых пакетов в узлах IP-сети. 4. Анализ вариантов применения технологии IP-телефонии на железнодорожном транспорте. Основные направления выполненных исследований: - разработка методики расчета объективных параметров качества обслуживания пакетов в узлах IP-сети в зависимости от прогнозируемой субъективной оценки качества передачи речи в системе IP-телефонии; - уточнение аналитической модели расчета требуемой пропускной способности каналов IP-сети в зависимости от вида распределения скорости потока речевых пакетов, вероятности потерь и других параметров; - разработка

перспективной

архитектуры

единой

системы

информационного взаимодействия на железнодорожном транспорте с учетом

современных

принципов

построения

корпоративных

телекоммуникационных сетей и анализ вариантов применения технологии IP-телефонии. Исходная

основа

диссертации.

Реферируемая

диссертация

основывается на следующих работах и документах: - международные стандартизации

и

стандарты

электросвязи

рекомендации

Международного

союза

Сектора

электросвязи

(МСЭ-Т) серий H, G, P, Q; - технические отчеты и спецификации Европейского института стандартизации в области телекоммуникаций (ETSI); 4

http://iptelephony.report.ru

- концепции и руководящие технические материалы по построению сети связи МПС; - фундаментальные исследования

работы,

Л. Клейнрока,

теоретические

и

Б.С. Лившица,

прикладные Я.В. Фидлина,

А.Д. Харкевича. Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе были использованы математические методы теории вероятности и теории массового обслуживания. Научная новизна определяется: - разработкой методики расчета задержки и вероятности потерь речевых пакетов в узлах IP-сети в зависимости от прогнозируемой субъективной оценки качества передачи речи в системе IP-телефонии; - усовершенствованием аналитической модели расчета выделенной пропускной способности телекоммуникационных систем с коммутацией пакетов для речевого трафика. Практическая ценность работы заключается в следующем: - разработана

перспективная

архитектура

единой

системы

информационного взаимодействия железнодорожного транспорта на базе мультисервисной сети с использованием технологии IP-телефонии; - разработан испытательный стенд для определения характеристик качества обслуживания речевых пакетов в узлах коммутации IP-сети. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на седьмой международной научнопрактической конференции «Инфотранс-2002» (С.-Петербург, 2002 г.), на первой

межведомственной

научно-практической

конференции

«ТелекомТранс-2003» (Ростов н/Д, 2003 г.) и на заседаниях кафедры радиотехники и электросвязи МИИТа.

5

http://iptelephony.report.ru

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в девяти опубликованных работах, перечень которых представлен в конце автореферата. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 71 наименование, двух приложений. Основная часть работы изложена на 149 страницах машинописного текста и содержит 80 рисунков и 29 таблиц.

Основное содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приводится краткая характеристика состояния исследуемых вопросов, формулируются цель и задачи исследования, отражено практическое значение работы. Первая глава содержит аналитический обзор состояния и тенденций развития систем информационного взаимодействия на технологическом сегменте

сети

связи

МПС.

Рассматриваются

первичная

сеть

технологического сегмента (ПСС ТС) и вторичные сети: оперативнотехнологической связи (ОТС), общетехнологической связи (ОбТС), сети передачи

данных

оперативно-технологического

(СПД-ОТН)

и

общетехнологического (СПД-ОбТН) назначений. Наибольшее внимание уделено архитектуре телекоммуникационных сетей и принципам их построения. Проведенный

анализ

показал,

что

в

настоящее

время

на

технологическом сегменте МПС морально и физически устаревшее оборудование заменяется новыми цифровыми системами с коммутацией каналов. Независимо друг от друга строятся и развиваются сети передачи данных и телефонные сети связи. Такое положение дел не отвечает современным требованиям Международного союза электросвязи по 6

http://iptelephony.report.ru

построению мультисервисных телекоммуникационных сетей. Развитие и поддержание нескольких сетей влечет за собой: - увеличение капитальных и эксплуатационных затрат; - необходимость расширения или доработки инфраструктуры для внедрения новых видов информационных услуг; - неэффективное использование ресурсов телекоммуникационных сетей. Целесообразно

создать

единую

систему

информационного

взаимодействия технологических абонентов на базе мультисервисной IP-сети с использованием технологии IP-телефонии. Во второй главе проведен сравнительный анализ различных методов оценки качества передачи речи, рассмотрены вопросы нормирования качества обслуживания в технологии IP-телефонии. В табл. 1 приведены нормы на параметры качества передачи речи в соответствии с классами качества обслуживания в системе IP-телефонии. Нормированию подлежит оценка общего качества передачи речи R в интерактивном режиме и режиме прослушивания, а также задержка сигнала из конца в конец. Таблица 1 Классы качества обслуживания

Широкополосный (III)

Относительное качество передачи речи Общее качество, R/MOS Слышимое качество, R/MOS Задержка

лучше чем G.711

Узкополосный (II) средний допустимый (IIM) (IIA) равно или равно или лучше чем лучше чем G.726 32 кбит/с GSM-FR > 70/3,6 > 50/2,6

Максимальновозможный (I) не определено

не определено

высокий (II H) равно или лучше чем G.711 > 80/4

не определено

> 86/4,2

> 73/3,7

> 50/2,6

> 50/2,6

< 100 мс

< 100 мс

< 150 мс

< 400 мс

< 400 мс

> 50/2,6

В главе показано, что качество обслуживания в системе IP-телефонии сильно зависит от задержки речевого сигнала из конца в конец. Данная задержка при установлении соединения между двумя IP терминалами складывается из следующих составляющих: задержки кодирования, задержки пакетизации (формирования IP-пакетов), задержки передачи по 7

http://iptelephony.report.ru

IP-сети, задержки подавления джиттера и задержки декодирования (рис. 1): Ta = Tк + Tп + Tс + Tб + Tд ,

(1)

где Тa – абсолютная задержка сигнала в системе IP-телефонии из конца в конец; Тк – задержка сигнала в кодере; Тп – время, затрачиваемое на формирование IP-пакетов на передающей стороне; Тс – задержка пакетов в IP-сети; Тб – задержка пакетов в буфере подавления джиттера; Тд – задержка сигнала в декодере. IP-терминал1 Tк Кодирование

Tп Пакетизация

IP-терминал2 Tс

Tб

Передача по IP-сети

Подавление джиттера

Tд Декодирование

Рис. 1 Проведенный анализ каждой составляющей задержки сигнала позволил представить выражение (1) в следующем виде: Ta = (n + 2) ⋅ tк + tп + Tр + Tс макс ,

(2)

где n – число речевых кадров в IP-пакете; tк – длительность речевого кадра; tп – длительность предсказания речевого кодека; Tp – задержка распространения сигнала по линиям связи;

Tс макс

– максимальная задержка

пакетов в узлах IP-сети. В главе приведена методика расчета объективных параметров качества обслуживания речевых пакетов в узлах IP-сети в зависимости от прогнозируемой субъективной оценки качества передачи речи в системе IP-телефонии. Методика основана на Е-модели, которая однозначно определяет взаимосвязь субъективной усредненной оценки мнений (MOS) 8

http://iptelephony.report.ru

с оценкой общего качества передачи речи R. Оценка R зависит от многих факторов: (3)

R = Ro − Is − Id − Ie, eff + A ,

где Ro – соотношение сигнал/шум; Is – коэффициент, который учитывает все факторы ухудшения, проявляющиеся при передаче речи; Id – коэффициент влияния задержки; Ie,eff – коэффициент действительного ухудшения за счет оборудования; А – коэффициент преимущества. Путем упрощения E-модели получено выражение для расчета оценки общего качества передачи речи R в зависимости от вероятности потерь пакетов и задержки сигнала для цифровых соединений в нормальных условиях: ⎧ ⎪ R = 91,1 − 25⎨ 1 + Θ 6 ⎪ ⎩

[

где

Θ

]

1 6

1 ⎫ ⎡ ⎛ Θ ⎞6 ⎤ 6 Pп ⎪ − 3⎢1 + ⎜ ⎟ ⎥ + 2⎬ − Ie − (95 − Ie ) ⋅ , P + Bpl ⎢⎣ ⎝ 3 ⎠ ⎥⎦ п ⎪ ⎭

(4)

– ухудшение качества передачи речи за счет абсолютной задержки

сигнала из конца в конец; Ie – коэффициент ухудшения за счет оборудования при отсутствии потерь пакетов;

Pп

– вероятность потерь

пакетов, %; Bpl – показатель устойчивости к потере пакетов. При абсолютной задержке менее 100 мс второе слагаемое стремится к нулю, так как отсутствует влияние задержки сигнала на качество передачи речи. Коэффициент ухудшения за счет оборудования при отсутствии потерь и показатель устойчивости к потере пакетов различаются для конкретных кодеков и определяются экспериментальным путем. На рис. 2 и рис. 3 изображены в трехмерном пространстве (слева) и на плоскости (справа) графики зависимости оценки общего качества 9

http://iptelephony.report.ru

передачи речи R от вероятности потерь пакетов Рп и абсолютной задержки сигнала Та для кодеков G.711 и G.729А соответственно, построенные с использованием выражения (4).

Рис. 2

Рис. 3

10

http://iptelephony.report.ru

Предположив, что потери пакетов в разных узлах одинаковы и не зависимы, было получено предельное значение вероятности потерь в одном транзитном узле IP-сети: ) Pп = Pп i

для i = 1, 2 ... M ;

) Pп = 1 − M 1 − Pп

(5)

,

(6) )

где Pп i – вероятность потерь в i-ом узле; Pп – допустимая вероятность потерь в транзитном узле IP-сети; М – число транзитных узлов IP-сети. Предположив, что допустимая задержка пакетов в узлах IP-сети одинаковая, получено: ) T Tу = с макс M

где

) Tу

,

(7)

– допустимая задержка пакетов в узле IP-сети; Tс макс – максимальная

задержка пакетов в узлах IP-сети; М – число транзитных узлов. Используя выражения (2), (4), (6), (7), были получены численные значения объективных параметров качества обслуживания пакетов в узлах IP-сети (максимальная задержка и вероятность потерь) для цифровых соединений в системе IP-телефонии внутри дорожной сети и между дорогами через магистральный сегмент сети передачи данных. В табл. 2 приведены исходные данные и результаты расчетов максимальной задержки и вероятности потерь пакетов в узлах IP-сети.

11

http://iptelephony.report.ru

Таблица 2 Вид соединения

Внутри дорожной сети

Протяженность тракта, км Число транзитных узлов Класс качества обслуживания Качество передачи речи R Допустимая задержка, мс Тип кодека Длина речевого пакета, мс Скорость IP-потока, кбит/с Число кадров в пакете Задержка предсказания, мс Задержка в кодеке, мс Максимальная задержка в сети, мс Задержка распространения, мс Задержка в транзитном узле, мс Вероятность потерь пакетов в сети Вероятность потерь пакетов в узле

С выходом на магистральную сеть 3000 9000 6 8 Высокий узкополосный Средний узкополосный 80 70 100 150 G.711 G.729А G.723.1 G.711 G.729А G.723.1 10 20 30 10 20 30 96 24 17 96 24 17 80 2 1 80 2 1 0 5 7,5 0 5 7,5 10 35 97,5 10 35 97,5 90 55 3 140 105 53 15 45 12,5 6,7 – 11,9 7,5 1 0,043 0,008 – 0,084 0,035 0,02 0,007 0,001 – 0,015 0,006 0,003

В третьей главе рассмотрены вопросы обеспечения высокого качества обслуживания речевых пакетов в сочетании с максимальноэффективным использованием ресурсов сети с коммутацией пакетов, прежде всего пропускной способности магистральных каналов связи. Проведен сравнительный анализ методов оценки вероятности потерь пакетов в узлах IP-сети. Исследованы различные модели систем массового обслуживания. Оценка вероятности потерь в узлах IP-сети основывалась на предположении, что потеря пакетов в узле происходит в тот момент, когда скорость суммарного поступающего потока к узлу S р

превышает

выделенную пропускную способность канала Qр , то есть S р > Qр : ) Pп ≤ P(S р > Qp ) =

∞

∫f

Sр

( x)dx ,

(8)

Qр

где

f S р ( x)

– плотность распределения вероятностей скорости суммарного

поступающего потока (которая может аппроксимироваться). 12

http://iptelephony.report.ru

Используя распределения

выражение скорости

(8)

в

суммарного

предположении

гауссовского

потока

пакетов

речевых

от

IP-терминалов был усовершенствовано аналитическое выражение расчета выделенной пропускной способности каналов связи для Zр речевых соединений в зависимости от вероятности потерь Рп и статистических характеристик потока речевых пакетов для модели G/D/1:

(

) ~ Qр ≥ Z р + Z р ⋅ C X ⋅ F −1 1 − Pп

~ Qр = Qр X i

где

нормированная

),

(9)

– выделенная пропускная способность канала относительно

математического

ожидания

Qр ,

скорости

передачи одного IP-терминала X i ; Z р – число речевых соединений; C X = σ Xi X i

F (x)

– коэффициент вариации скорости передачи IP-терминала; )

– нормальная функция распределения; Pп – допустимая вероятность

потерь пакетов в узле. Из (9) видно, что требуемая пропускная способность канала для организации Z р речевых соединений с заданным качеством обслуживания ) Pп

зависит от коэффициента вариации скорости передачи IP-терминала. С

использованием асимптотической зависимости было получено выражение для модели М/D/1, совпадающее с выражением (9) с коэффициентом вариации равным единице В

табл. 3

C X = 1.

представлены

численные

значения

нормированной

пропускной способности канала для различных коэффициентов вариации и

числа

речевых

соединений

при

вероятности

потерь

) Pп = 0.01 ,

рассчитанные по формуле (9). Были получены графики зависимости нормированной пропускной способности канала от числа установленных речевых соединений для

13

http://iptelephony.report.ru

различных видов распределений скорости потока речевых пакетов и )

вероятности потерь пакетов в узле Pп = 0.01 (рис. 4). Таблица 3 Число IP-терминалов Zр 10 30 50 100

Нормированная пропускная способность канала ~ Qр при значениях коэффициента вариации СХ 0 0,5 1 1,5 3 10 13,7 17,4 21 32,1 30 36,4 42,7 49,1 68,2 50 58,2 66,5 74,7 99,3 100 111,6 123,3 134,9 169,8

Рис. 4 Было

определено

значение

коэффициента

вариации

скорости

передачи IP-терминала СХ:

CX =

σX Xi

i

=

s р ρ (1 − ρ ) sр ⋅ ρ

14

=

1− ρ

ρ

,

(10)

http://iptelephony.report.ru

где ρ – коэффициент использования выделенной пропускной способности для одного речевого соединения. Подставив в неравенство (9) выражение (10) получено следующее выражение: ) 1− ρ ~ Qр ≥ Z р + Z р ⋅ ⋅ F −1 1 − Pп

(

ρ

).

(11)

Таким образом, требуемая пропускная способность зависит от числа речевых соединений, их средней скорости передачи, коэффициента использования речевого канала и вероятности потерь пакетов. На рис. 5 представлены графики зависимости требуемой выделенной пропускной способности канала для суммарного потока речевых пакетов от числа установленных соединений, вычисленные по формуле (11) для )

вероятности потерь пакетов Pп = 0,01 и коэффициента использования речевого канала ρ = 0,387 .

Рис. 5

15

http://iptelephony.report.ru

Для определения объема буфера в зависимости от максимального ) Tу

времени обслуживания пакетов в узле

предложено использовать

выражение для систем типа G/D/1:

′ = N оч

) Tу ⋅ Q р Lп ⋅ s р

где N оч′ – объем буфера, пакетов;

=

) Tу

) ~ Tу ⋅ ρ ⋅ Qр Lп

,

(12)

–допустимая задержка пакетов в узле,

мс; Qр – пропускная способность канала, кбит/с;

Lп

– длина речевого

пакета, мс; s р – битовая скорость речевого кодека с учетом служебной информации IP-пакета, кбит/с;. В табл. 4 представлены численные значения расчета требуемой пропускной способности канала и объема буфера для различных классов качества обслуживания в системе IP-телефонии и типов речевых кодеков )

при вероятности потерь пакетов Pп = 0,01 и коэффициента использования речевого канала ρ = 0,387 . Таблица 4 Задержка в

Класс соединений и тип речевого кодека

Длина пакета Lп , мс

узле Tу , мс

II.1, G.711 II.2, G.711 II.1, G.729A II.2, G.729A II.2, G.723.1

10 10 20 20 30

15 17 9 13 8

)

Требуемая пропускная способность канала и объем буфера

~ ′ для Z р речевых соединений, (кбит/с)/пакетов Qр (Qр ) N оч 10 20(744)/11 19(706)/12 24(220)/4 21(192)/5 22(142)/2

30 47(1760)/27 46(1695)/30 54(499)/9 49(450)/12 50(329)/5

50 72(2692)/41 70(2607)/46 81(749)/14 74(686)/18 76(499)/7

100 132(4896)/76 129(4777)/84 144(1332)/25 134(1242)/33 137(899)/14

В главе четыре представлены результаты стендовых испытаний маршрутизаторов Cisco 2621 на предмет качества обслуживания речевого трафика. Для этого был разработан испытательный стенд и составлена методика испытаний маршрутизатора. Схема испытательного стенда представлена на рис. 6. 16

http://iptelephony.report.ru Cisco 2621 (левый)

Cisco 2621 (правый) E1 (G.703/G704)/HDLC

Catalyst 2924

Catalyst 3524

Cyclone Frame

IP-терминал 2

IP-терминал 1

Chariot Console Cyclone Server DNA-323

Chariot Endpoint 2

Chariot Endpoin 1

Chariot Endpoint 3

Chariot Endpoint 4

Рис. 6 Разработанный стенд позволяет: - генерировать различные типы трафика (речь, видеопоток, данные) с различными характеристиками (типы кодеков, длина пакетов, протоколы и т.д.) между двумя точками; - конфигурировать длину буфера входного и выходного интерфейсов маршрутизаторов; - конфигурировать

дисциплину

обслуживания

и

приоритеты

обслуживания; - изменять пропускную способность каналов. Стенд обеспечивает измерение таких характеристик, как средняя задержка пакетов, джиттер задержки пакетов, вероятность потерь пакетов, длины очередей, коэффициент использования каналов и обслуживающих устройств, объективная оценка качества передачи речи и др. В главе представлен анализ проведенных стендовых испытаний. Анализ показал, что математическое ожидание и дисперсия интервалов времени между речевыми пакетами на выходе маршрутизатора не зависят от их длины. Результаты вычислений для двух речевых кодеков представлены в табл. 5.

17

http://iptelephony.report.ru

Таблица 5 Тип кодека (длина пакета) G.711 (200 байт) G.729 (60 байт) При

Статистическое среднее t , мс 0,669 0,667

расчетах

аппроксимироваться

Дисперсия σ a2 , мс2 2,308 2,308

поступающий распределением

речевой Парето

с

Коэффициент вариации C a 2,271 2,278 поток

может

параметром

a = 2,1

( C a = 2,2 ). Испытания также показали, что загрузка процессора маршрутизатора практически не зависит от длины пакетов и линейно зависит от интенсивности поступающей нагрузки. Сравнительный анализ результатов показал, что модель М/М/1 (кривая 2 рис. 7) недооценивает среднее время задержки пакетов и длину очереди в маршрутизаторе при коэффициенте использования канала более 0,5 (кривая 1 рис. 7). Относительно небольшую погрешность при аппроксимации экспериментальных данных при любых значениях коэффициента использования канала имеет модель с пуассоновским распределением

входного

потока

и

распределенным

временем

обслуживания по закону Парето с параметром a = 2,1 (кривая 3 рис. 7). Проведенные испытания показали, что требования к объективным параметрам качества обслуживания пакетов в узлах IP-сети, рассчитанные по методике представленной во второй главе, могут быть удовлетворены при коэффициенте использования каналов в пределах 0,3 … 0,7 в зависимости от дисциплин обслуживания на выходных интерфейсах маршрутизаторов.

18

http://iptelephony.report.ru

Рис. 7 В пятой главе представлена перспективная архитектура единой системы транспорте

информационного с

применением

взаимодействия технологии

на

железнодорожном

IP-телефонии

(рис.

8).

Принципиальное отличие предлагаемой архитектуры от существующей архитектуры сети связи МПС заключается в объединении сетей передачи данных и телефонных сетей, не связанных с безопасностью движения, на Узловая станция

Отделение дороги STM-4/16

ПСС ТС

ВОК

ВОК

Промежуточная станция

STM-4/16

STM-1/4

ВОК

Остановочный пункт ВОК

STM-1/4

STM-1/4 Услуги ОбТС

Вторичные сети

Технологический сегмент

Транспортный сегмент

базе единой мультисервисной IP-сети.

ОТС и ДЦ

IP-сеть

ОТС и ДЦ

Услуги ОбТС

xDSL

ОТС и ДЦ

IP-сеть Услуги ОбТС

xDSL

Рис. 8 19

IP-сеть

Услуги ОбТС

xDSL

Медный кабель

IP-сеть

xDSL

xDSL

http://iptelephony.report.ru

В основу предлагаемой архитектуры положена первичная сеть связи технологического сегмента (ПСС ТС), построенная на базе волоконнооптических систем передачи синхронной цифровой иерархии уровня STM-1/4. ПСС ТС обеспечивает взаимодействие с транспортным сегментом и предоставляет типовые каналы вторичным сетям. Сеть

оперативно-технологической

связи

и

диспетчерской

централизации из соображений безопасности строится исключительно на выделенных каналах ПСС ТС с временным мультиплексированием и с использованием оборудования отечественных производителей. Услуги абонентов

информационного организуются

на

взаимодействия базе

технологических

мультисервисной

IP-сети

с

использованием технологии IP-телефонии. К услугам информационного взаимодействия относятся речевая и факсимильная связь, передача данных

и

видеоизображения,

обслуживания:

речевая

и

а

также

электронная

дополнительные почта,

видео

и

виды аудио

конференцсвязь и другие мультимедийные услуги. Предоставления дополнительных видов обслуживания для коммутируемых абонентов сети ОТС организуются так же на базе мультисервисной IP-сети. Предложенная

архитектура

единой

системы

информационного

взаимодействия технологических абонентов соответствует современным требованиям построения корпоративных телекоммуникационных сетей. Она обладает большей универсальностью и гибкостью по сравнению с существующей архитектурой и позволит обеспечить унификацию услуг для всех абонентов, независимо от выполняемых функций и их местоположения. На базе мультисервисной сети с использованием технологии IP-телефонии можно предоставлять широкий спектр услуг технологической

связи,

а

внедрение

новых

услуг

не

потребует

капитальных затрат на модернизацию инфраструктуры. В то же время,

20

http://iptelephony.report.ru

сохранены существующие принципы организации видов связи, которые непосредственно отвечают за безопасность движения. По ряду причин повсеместная замена устаревшей технологии на перспективные системы информационного взаимодействия невозможна. Поэтому в главе рассмотрены варианты организации технологической связи

с

использованием

систем

IP-телефонии,

которые

позволят

осуществить постепенный переход от систем с коммутацией каналов к мультисервисной сегодняшний использоваться

системе день для

информационного

технологию организации

взаимодействия.

IP-телефонии соединительных

На

целесообразно линий

между

коммутационными станциями на магистральном уровне и организации абонентского

доступа

технико-экономический

на

малодеятельных

анализ

внедрения

станциях.

Проведенный

IP-телефонии

показал

преимущества данной технологии при организации связи на малых станциях перед традиционными системами с коммутацией каналов. Это объясняется тем, что средняя стоимость организации рабочего места с использованием технологии IP-телефонии не зависит от абонентской плотности на станциях в отличие от традиционных систем с коммутацией каналов.

Заключение 1. Проведенный анализ архитектуры системы информационного взаимодействия на технологическом сегменте сети связи МПС показал, что данная архитектура не соответствует в полной мере современным требованиям построения телекоммуникационных сетей: морально и физически устаревшего оборудования заменяется на цифровые системы с коммутацией

каналов

без

учета

мультисервисности

приложений.

21

внедряемых

http://iptelephony.report.ru

2. Впервые предложена методика расчета объективных параметров качества обслуживания речевых пакетов в узлах IP-сети (задержка и вероятность потерь) в зависимости от прогнозируемой субъективной оценки

качества

передачи

речи

в

системе

IP-телефонии

железнодорожного транспорта. Методика учитывает топологию сети, тип используемых речевых кодеков, длину пакетов и другие факторы. 3. Модернизирована

аналитическая

модель

расчета

требуемой

пропускной способности каналов в зависимости от заданного качества обслуживания в системе IP-телефонии, вида распределения скорости потока речевых пакетов и других параметров. 4. Разработан испытания

испытательный

маршрутизаторов

обслуживания

речевого

стенд

Cisco

трафика.

2621

и

проведены на

предмет

Экспериментальные

стендовые качества измерения

подтвердили результаты аналитических исследований. 5. Предложена

перспективная

архитектура

единой

системы

информационного взаимодействия технологических абонентов МПС с учетом современных требований к принципам построения корпоративных сетей, которая позволит обеспечить внедрение новых услуг на базе существующей IP-сети. 6. Предложены варианты использования технологии IP-телефонии на железнодорожном транспорте и проведен их технико-экономический анализ, который показал экономическую целесообразность внедрения данной технологии на малых станциях (менее 130 абонентов).

Публикации по теме диссертации 1. Фомин А.Ф., Лёвин В.А. Мультисервисная сеть связи МПС // Автоматика, связь, информатика. – 2001. – № 3. – С. 15-19.

22

http://iptelephony.report.ru

2. Построение

технологического

сегмента

цифровой

сети

железнодорожной связи / О.К. Васильев, И.Д. Блиндер, В.А. Лёвин и др. // Автоматика, связь, информатика. – 2002. – № 3. – С. 2-6. 3. Лёвин В.А. Стендовые испытания маршрутизаторов Cisco 2621 // Автоматика, связь, информатика. – 2002. – № 11. – С. 38-39. 4. Блиндер И.Д., Васильев О.К., Лёвин В.А. Концепция построения технологического сегмента цифровой сети связи железнодорожного транспорта // Информационные технологии на железнодорожном транспорте: Сборник докладов шестой международной научнопрактической конференции «Инфотранс-2001». – Ростов н/Д, 2001. – С. 27-31. 5. Лёвин В.А. Качество обслуживания в системе IP-телефонии сети связи МПС // ВКСС. Connect! – 2002. – № 2. – С. 23-28. 6. Лёвин В.А. Анализ качества обслуживания телефонного трафика в IP-сети с применением теории случайных процессов // ВКСС. Connect! – 2002. – № 4. – С. 18-26. 7. Васильев О.К., Фомин А.Ф., Лёвин В.А. Исследование качества предоставления услуг IP-телефонии на базе маршрутизаторов Cisco Systems

//

Информационные

технологии

на

железнодорожном

транспорте: Аннотации докладов седьмой международной научнопрактической конференции «Инфотранс-2002». – СПб., 2002. – С. 51-52. 8. Вериго А.М., Васильев О.К., Лёвин В.А. Основные положения развития цифровых сетей связи технологического сегмента // ВКСС. Connect! – 2002. – № 6. – С. 19-23. 9. Лёвин В.А. Перспективы использования IP-телефонии на сети связи МПС // Телекоммуникационные технологии на транспорте России: Аннотации докладов первой межведомственной научно-практической конференции «ТелекомТранс-2003». – Ростов н/Д, 2003. – С. 29-30. 23

http://iptelephony.report.ru

Лёвин Владимир Александрович

Система информационного взаимодействия на железнодорожном транспорте с применением IP-телефонии 05.13.17 – Теоретические основы информатики Подписано к печати Печать офсетная. Тираж 80 экз. Заказ №

Объем 1,5 п.л. Формат 60х84/16

Типография МИИТа, 127994, Москва, ул. Образцова, 15

24