Проблемы передачи голоса и данных по каналам Frame Relay

Воробьев А.А., аспирант ГУТ им. проф. Бонч-Бруевича

Развитие высокоскоростных технологий передачи данных по каналам Frame Relay делает все более актуальной задачу обеспечения надежной голосовой связи в качестве дополнительной услуги. Принципиальные трудности использования каналов Frame Relay для одновременной передачи речи и данных кроются в принципах передачи и обработки пакетов на узлах Frame Relay, а также в особенностях речевых пакетов.

Как известно, речевые сообщения, в отличие от информационных весьма критичны к задержкам. Речевые пакеты следуют с неодинаковой скоростью, чередуясь с длительными паузами. При этом при интенсивной передаче данных весьма вероятно превышение суммарного трафика пропускной способности узла Frame Relay. В такой ситуации, как известно, "лишние блоки" отбрасываются узлом. Потери значительного количества блоков могут привести как к пропаданию части речевых фраз, так и к замедлению, а иногда и к обрыву передачи данных.

Целью настоящего исследования является установление границ загрузки узлов Frame Relay, при которых влияние речи приводит к обрыву передачи данных. Для проведения исследования был использован тестовый канал Frame Relay, оборудование доступа в сети Frame Relay компании Motorola ISG, анализатор пакетов Frame Relay.

Vanguard 320 - это компактное устройство доступа персональных компьютеров, рабочих станций, терминалов к сетям Frame Relay, X.25, ISDN общего и частного пользования. Vanguard 320 поддерживает передачу голоса по Frame Relay через Voice Relay Option Card (Голосовая Карта). Voice Relay Option Card поддерживает один FXO или FXS порт, позволяя передавать голос вместе с данными.

MPRouter 6520 является устройством доступа и коммутации в сетях Frame Relay, X.25, ISDN общего и частного пользования. MPRouter 6520 имеет 5 последовательных портов: 1-2 DIM порты (V.35, V.36, V.11, V.24); 3-5 - EIA-232D DCE порты; 6 порт - асинхронный для CTP.

Возможность дополнительного расширения до 8 различных типов карт, в том числе голосовых: FXS, FXO, E1/T1 карта, Аналоговая и Цифровая E&M, Voice Server Card.

Голосовая опция включает до 12 аналоговых портов, которые поддерживают E&M и FXS сигнализацию, а также до 28 цифровых каналов по E1/T1 потоку. Голосовые каналы компрессируются со скоростями 8 и 16 Кбит /с и передаются по сетям Frame Relay, используя технологию Motorola Voice Relay®

Принципы передачи голоса по технологии Voice Relay.

Voice Relay® позволяет передавать данные и голос по одному DLCI. Voice Relay® определяет присутствие или отсутствие голосового трафика и при наличии голоса сегментирует данные в более мелкие сегменты (при необходимости). Voice Relay® ограничивает передачу пакетов с данными до двух между двумя речевыми пакетами. Это позволяет сохранять переменную длину пакетов, если голосовые пакеты отсутствуют в течение 30 секунд. При необходимости Voice Relay® , сегментирует кадры с голосом в пакеты с фиксированной длиной для обеспечения постоянной задержки.

Voice Relay® обеспечивает приоритет голосовых пакетов над пакетами с данными. Voice Relay® использует SVC для передачи голоса, а следовательно адресацию и маршрутизацию по правилам X.25. Для инкапсуляциии X.25 в Frame Relay используется протокол Annex_G. До 15 голосовых SVC могут быть установлены на одной станции Annex_G.

Voice Relay® использует 8K и 16K CVSELP (технология компресси голоса, разработанная и запатентованная Motorola) компрессию голоса, а также используются процедуры эхоподавления и DSI (Цифровая Интерполяция Голоса), которая позволяет не передавать никаких голосовых пакетов при шумах или молчании во время телефонного разговора.

Схема тестовой сети и результаты тестирования.

Как видно из схемы тестирования на (См. Рис.1) DLCI 100 использовался для передачи голоса. Уровень компрессии голоса был задан равным 8 Кбит. При таком уровне необходима полоса пропускания в 10,8 Кбит/c. DLCI 100 имел значение CIR=16 Кбит/c, BC=16 Кбит/c, максимальная полоса для передачи голоса была равна 12 Кбит/c. Загрузка канала осуществлялась от анализатора RAD через DLCI 200 и DLCI 201 в обоих направлениях.

Рис. 1

Обнаружено следующее поведение трафика по DLCI 200 (См. Рис.2). При начале заполнения голосовой PVC, скорость передачи данных снижается (участок 1), через некоторое время падает до CIR (участок 2), а затем до 0 (участок 3), после чего цикл повторяется. В случае загрузки DLCI 200 большими пакетами, после падения скорости передачи до 0, передача данных не возобновляется даже после разрыва голосового соединения. Восстановление передачи происходит только после завершения протокола FR и его вторичного перезапуска.

Рис.2

Выводы.

Данное исследование показало, что проблемы с передачей данных при одновременной передаче голоса происходят при значительной загрузке канала, т.е. загрузке более чем на 60-70%. Были подобраны характеристики внешнего трафика по DLCI 200, при которых обеспечивалось приемлемое качество передачи голоса и данных. Наилучшее сочетание длины кадров соответствует длине от 70 до 200 байт. Интенсивность передачи должна быть невысокой, т.е. загруженность DLCI 200 не должна достигать максимума и не должны появляться FECN, BECN.

Исследование показало, что на уже существующем оборудовании Motorola возможна передача голоса по Frame Relay. Однако, для надежной передачи данных необходимы тонкие настройки параметров соединения.

Так же необходимо рассмотреть более "мягкий" механизм отбрасывания лишних кадров. Механизм, при котором отбрасыванию не подлежали бы пакеты, имеющие специальный приоритет. Такой приоритет может быть выдан например голосовым пакетам.

Возникает острая необходимость в разработке специального стандарта, который регламентировал процедуру передачи голоса по Frame Relay. Это позволило бы:

1. Обеспечить состыковку устройств различных производителей, реализующих опцию передачи голоса.
2. Определить гарантированную скорость передачи данных при использовании опции передачи данных.
3. Определить приемлемое качество передачи голоса по каналам Frame Relay
4. Упростить настройку параметров соединения.

Разработка подобного стандарта возможна лишь после детального изучения статистики канала. Необходимо выяснить точное количество так называемых "лишних кадров", которые отбрасываются при перегрузке в узлах Frame Relay при заданных параметрах соединения.

Благодарности:

• Компании "ПетерCтар" за проведение тестовых работ по изучению возможностей передачи голоса по сети Frame Relay.
• Компаниям "Диона Холдинг" и "International Marketing & Development " за предоставленное оборудование и содействие в ходе работ.