BC/NW 2006, №1, (8) : 16.1

ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (ОБЗОР)

А.А. Ермаков

(Москва, МГТУ «Станкин», Россия)

Введение

Происходящие в мире процессы развития инфокоммуникаций стали объективным фактором движения мирового сообщества к созданию глобального информационного общества. Фактически речь идет о новой революции, информационной. Международная интеграция информационной структуры, появление "сети сетей" Internet позволяет осуществлять взаимодействие любых пользователей для получения любого вида информации в реальном масштабе времени вне зависимости от расстояния.

Информационные технологии становятся одним из основных ресурсов развития ведущих стран мира. По данным ЮНЕСКО в настоящее время в развитых странах более 50% трудоспособного населения принимает участие в процессе создания, обработки и распределения информации. Сети связи дают возможность преодолеть цифровое неравенство между разными странами. Для нашей страны, с ее огромными неосвоенными пространствами, это особенно актуально. Оптимальным способом создания новых сетей связи (вернее не новых, а использование на новом уровне существующих сетей) является использование уже существующих, особенно телефонных и телеграфных линий. В последнее время начали интенсивно развиваться сети, основанные на технологии ISDN (Integrated Sevices Digital Network – цифровые сети интегрального обслуживания). Преимуществам этой технологии и основным проблемам использования и посвящена эта статья.

Особенности работы сетей ISDN

ISDN – это услуга, предоставляемая большинством телефонных компаний, позволяющая осуществлять высокоскоростную передачу данных по существующим линиям связи. К этой высокоскоростной сети может подключаться большое количество самого разнообразного оборудования, что позволяет компаниям, офисы которых рассредоточены по всему миру, объединить их в единую сеть, при этом стоимость создания такой сети не очень велика. Недостатком данных сетей является недостаточная гибкость. Несмотря на это, ISDN является наиболее популярной средой для создания крупных сетей, и, похоже, эта технология сохранит такой статус на протяжении ближайших лет.

Но ISDN не является интуитивно понятной технологией. Для обеспечения эффективного удаленного доступа, такая сеть требует очень тщательного планирования. В данной статье мы постараемся осветить существующие способы решения этих проблем.

Т.к. ISDN является цифровой сетью, то, в отличие от обычных телефонных сетей, она обладает несколько большей надежностью и позволяет отказаться от модуляции и демодуляции данных до и после передачи. Базовой возможностью ISDN является цифровая передача данных со скоростью до 128 Кб/сек (до 512 Кб/с со сжатием). Т.к. физически данные передаются по обычной паре телефонных проводов, ISDN может использоваться практически везде, где установлен телефон. Но большинство телефонных линий имеет две пары проводов, причем одна пара не используется, что позволяет использовать вторую пару под ISDN. Это значительно снижает стоимость создания сети ISDN, т.к. становится ненужной перепрокладка кабеля, а также обеспечивается возможность совместного использования ISDN и обычных телефонных услуг.

Обычно физический канал ISDN имеет 3 логических канала: D, B1 и B2. Каждый канал представляет собой интервал времени в системе разделения времени, и создает логический интерфейс для оборудования, подключенного к сети. D-канал передает данные со скоростью не более 16 Кб/с, но основная его роль заключается не в этом. По D-каналу передается большое количество служебной информации об ISDN-вызове. Также D-канал используется для передачи сигнала об установлении соединения и динамического выделения однонаправленных каналов передачи данных (B-каналов). Каждый B-канал может работать либо в голосовом режиме, либо в режиме передачи данных. Каждый канал может функционировать независимо от другого канала. Данный механизм используется для передачи голоса и/или данных одновременно с другими ISDN-соединениями, динамического установления соединения и гибкой маршрутизации.

Другой возможностью использования ISDN являются соединения, использующее 23 B- и один D-канал. Существует несколько вариантов реализации такой сети, отличающиеся разным числом B-каналов. Как B-, так и D-каналы здесь работают со скоростью до 64 Кб/сек. На первый взгляд кажется, что это 1,5 Мб/с – скорость обычной локальной сети. Но сеть ISDN не позволяет работать на такой скорости, она имеет совсем другое назначение: создать каналы связи между распределенными узлами. ISDN дает возможность пользователям локальной сети динамически выделять каждый из каналов для передачи голоса, данных или других цифровых услуг без обращения в телефонную компанию [2].

В качестве примера использования этой возможности можно привести следующий: нам требуется организовать службу по работе с клиентами. Т.к. телефонная линия у нас обычная, то в определенный момент времени мы можем разговаривать только с одним клиентом. Но если мы свяжем нашу офисную АТС (например, AVAYA Definity или Ericsson MD 110) с городской АТС через канал ISDN, то одновременно мы сможем обслуживать около 30 клиентов. Еще один пример – организация Call-центра предприятия мобильной связи. Чисто физически бывает трудно разместить операторов в одном помещении с коммутаторами. И тогда нам на помощь снова приходит ISDN: если мы перенаправим входящие звонки с коммутатора на плату компьютерной телефонии (например, Intel Dialogic или Excel Switch), а уже ее соединим через ISDN с офисной АТС (даже используя уже существующие городские телефонные линии), то опять-таки мы достигаем нужной цели: операторы сидят не в серверной, а в отдельном офисе, одновременно можем обслуживать до 30 абонентов (как уже отмечалось выше, число B-каналов зависит от реализации). Кроме того, плата компьютерной телефонии позволит нам не просто перенаправить звонок на оператора, но и организовать автоматические услуги: голосовую почту, автоматическую службу сервиса и многие другие, но это уже будет зависеть от используемого ПО.

Технология ISDN позволяет передавать данные с минимальными потерями, это основное ее преимущество перед традиционными технологиями, использующими модемы. Также каналы ISDN постоянно работают со скоростью 64 Кб/сек, время установления соединения составляет миллисекунды в отличие от обычных модемов, которым требуется на это несколько секунд. ISDN не позволяет достичь скорости арендованных линий связи, но зато стоимость ее ненамного больше, чем стоимость телефонного звонка.

Основные проблемы использования ISDN

Основной проблемой ISDN является доступность. Это связано с тем, что для подключения к сети требуется наличие новейшего аппаратного и программного обеспечения на АТС. Но большинство телефонных линий в России являются аналоговыми, построенными в 60-хх гг. прошлого века. Также следует отметить высокую стоимость оборудования, требуемого для использования ISDN.

В. Тоценко в своей статье [1] выделяет основные факторы, влияющие на надежность сетей связи. Он относит к числу таких факторов следующие потоки:

1. Отказов и восстановлений технических средств;

2. Заявок на использование сети связи;

3. Естественных помех;

4. Искусственных помех;

5. Разрушающих искусственных воздействий;

6. Ошибок программного обеспечения сети связи;

7. Отказов, вызванных деятельностью человека;

8. Отказов, вызванных природными явлениями

Также он приводит статистику отказов (см. табл. 1) на примере высокоавтоматизированной широкомасштабной распределенной сети связи США PSTN (Public Switched Telephone Network).

Группа факторов	Доля от общего количества отказов, %	Потери пользовательского времени, %
Отказы технических средств	19	7
Перегрузки сети	6	44
Ошибки ПО	14	2
Ошибки персонала	25	14
Вандализм	1	1
Непреднамеренная разрушительная деятельность людей	24	14
Природные явления	11	18

Таблица 1. Распределение отказов в сети PSTN.

Большинство этих проблем может быть решено путем использования наиболее оптимального маршрута доставки сообщения. Классический метод выбора оптимального маршрута обычно рассматривает лишь только одну характеристику сети – время задержки. Соответственно, оптимальным здесь считается кратчайший маршрут. Но использование различных классов передачи данных делает трудным использование этой характеристики. При расчете оптимального маршрута в сети ISDN обычно используется несколько характеристик, при этом задача расчета является NP-сложной [6]. Поэтому в последнее время было разработано несколько моделей на основе эвристического подхода, но эти модели дают только приблизительные решения. Рассмотрим некоторые из них.

Первая модель основана на поиске решения на основе взвешенных характеристик сети. Но здесь решение сильно зависит от присвоенных весов, помимо этого, не существует четкого алгоритма поиска весов.

Алгоритм водопада [7] помогает определить эти веса. Всем им присваиваются некоторые значения, производится расчет, и, в случае неудачи, эти веса итеративно меняются до тех пор, пока решение не войдет в нужные рамки.

Р. Вогель [8] утверждает, что большинство характеристик сетей, используемых сегодня, не являются в полной мере независимыми друг от друга. Поэтому он выделяет три основных характеристики: пропускная способность (t), задержка (d) и уровень ошибок (e). Каждому сегменту сети присваивается свой набор этих параметров. За t берется минимальная пропускная способность участка сети в Кб/с, d – время задержки в данном сегменте в мс, а e – уровень ошибки с коэффициентом . Для любого маршрута в качестве берется минимальное значение из всех путей маршрута, за берется суммарная задержка на всех путях маршрута, и, наконец, если мы возьмем как L набор всех путей в маршруте, то . Мы считаем, что маршрут удовлетворяет нашим требованиям (), если , и . Если существует несколько подходящих маршрутов, то оптимальный выбирается исходя из степени доступности каждого параметра (например, для пропускной способности этот коэффициент равен ).

Но, как уже было сказано выше, Ванг [6] показал, что задача выбора двух и более оптимальных параметров является NP-сложной. Одним из вариантов решения является сформулированная Гавишем [9] оптимизационная модель, посвященная решению проблемы маршрутизации в одноранговой сети. Его конечной целью является минимизация задержек в сети. Он использовал метод релаксации Лагранжа и градиентный метод оптимизации для своей нелинейной модели. Для многоранговых сетей сформулировать многоцелевую задачу оптимизации невозможно, не только из-за ожидаемой нелинейной модели, но и потому, что в таком случае в задаче надо будет учитывать два типа погрешностей. Одна из них – это неоднозначность наследования в классе параметров проблемы, а вторая – нечеткие цели для каждой из целевых функций. Как нетрудно видеть, для манипулирования с такими погрешностями не могут быть использованы обычные подходы многоцелевой оптимизации: ни точные, ни даже вероятностные. Но к данной задаче можно попытаться применить методы нечеткой логики [4].

ЛИТЕРАТУРА

1. В. Тоценко. «Проблемы надежности сетей». Компьютерра, №14, 1998 г.

2. J. Newman и D. Willis. «ISDN Connectivity», www.networkcomputing.com

3. А. Александров. «Обеспечение устойчивости функционирования корпоративных сетей». Компьютерра, №14, 1998 г.

4. E. Aboelela и C. Douligeris «Fuzzy optimization model for routing in B-ISDN», University of Miamy.

5. В. Вишневский. «Проектирование компьютерных сетей». Москва, 2003 г.

6. Z. Wang и J. Crowcroft. «Quality-of-service routing for supporting multimedia applications». IEEE Journal on selected areas in communications, т.14, №7, сентябрь 1996 г.

7. W.C. Lee, M.G. Hluchyi и P.A. Humblet. «Routing subject to quality of service constraints in integrated communication networks». IEEE Network, т.9, №4, июль/август 1995 г.

8. R. Vogel, R.G. Herrtwich, W. Kalfa, H. Witting и L.C. Wolf. «QoS-based routing of multimedia streams in computer networks». IEEE Journal on selected areas in communications, т.14, №7, сентябрь 1996 г.

9. B. Gavish и I. Neuman. «A system for routing and capacity assignment in computer communication networks». IEEE Transactions on communications, т. 37, №4, апрель 1989 г.