Ретрансляция кадров и речевой трафик

Метод ретрансляции кадров разрабатывался как синхронный метод доставки данных в ЦСИО (и не только). Соответственно все реализующие этот метод способы и качество обслуживания определялись для различных видов трафика, кроме речевого. Все традиционные сети с пакетной коммутацией, как правило, использующие различные способы коммутации пакетов и низкоскоростные каналы связи, не предусматривали возможность доставки сообщений, чувствительных к задержке. Другими словами, эти сети имеют большую и часто меняющуюся задержку доставки сообщений.

Известно, что такая задержка является функцией, с одной стороны, скорости коммутации в УС, а с другой — пропускной способности магистральной линии связи. Значительное снижение задержки может быть достигнуто за счет применения метода ретрансляции кадров и магистральных линий связи с высокой пропускной способностью. Таким образом, FR-сеть способна «транспортировать» чувствительный к задержкам трафик. Однако одно дело — передача такого типа трафика по сети с динамической маршрутизацией, а другое — обеспечение приемлемого качества обслуживания пользователей.

Одной из проблем, связанных с передачей речевого трафика, является то, что скорость такой передачи должна быть постоянна. Это следует из того, что вся информация, содержащаяся в оцифрованном речевом сигнале (импульсно-кодовая модуляция — ИКМ), передаваемом со скоростью 64 Кбит/с, важна и необходима для восстановления исходного речевого сообщения на приемной стороне. Вместе с тем в настоящее время разработаны методы и способы снижения требуемой полосы пропускания оцифрованного речевого сигнала, среди которых:

« компрессия (сжатие речевого сигнала). Этот метод позволяет снизить скорость передачи с 64 до 8 Кбит/с и ниже. Во многих известных мультиплексорах (аппаратуре временного объединения (разделения) каналов) реализованы алгоритмы, позволяющие уменьшить такую скорость. Конечно, дальнейший рост компрессии (т.е. снижение скорости передачи) начинает сказываться на качестве восстанавливаемого речевого сообщения. Однако человеческое ухо способно уловить и распознать речь, которая была подвергнута очень сильному сжатию;

« детектирование шума (речевых пауз). Исследования показывают, что типичная человеческая речь включает до 60...70% пауз, которые необходимо детектировать. Последняя процедура нужна, прежде всего, для того, чтобы исключить передачу «бесполезной» информации через сеть и тем самым обеспечить высокую эффективность функционирования сети.

Эти, а также другие методы могут быть с успехом использованы в процессах пакетирования оцифрованных речевых сообщений. Поэтому в настоящее время, активно проводятся работы по их стандартизации и внедрению в различные службы передачи речевого трафика в пакетной форме. Большинство проблем стандартизации в данной области связано с «природой» самих сетей с пакетной коммутацией. В первую очередь это относится к нумерации пакетов, которая необходима для обеспечения гарантированной доставки пакетов в их естественной последовательности. Более того, различные пакеты могут иметь и различные внутрисетевые задержки, так как возможны различные экстремальные ситуации, возникающие при отказе линий и узлов связи, перегрузках и блокировках и т.п.

ITU-T принял Рекомендацию G.764, которая определяет способ сегментирования оцифрованного речевого сигнала и формирование соответствующих пакетов. Однако этот стандарт содержит много проблем, которые послужат дальнейшему поиску новых решений в области передачи речевого трафика в сетях с пакетной коммутацией. К этим проблемам относятся:

§ детектирование шума с целью снижения входного трафика. Эта рекомендация детализирует процедуры анализа входного речевого трафика, детектирования пауз и передачу последних через сеть в форме синхронизирующих последовательностей для определения начала и окончания речевых и неречевых последовательностей;

§ нумерация последовательностей пакетов, обеспечивающая доставку последних в их естественной последовательности. В случае потери пакета возможно одно из двух решений: а) повторная передача пакета из УС-источника (что резко повышает общесетевую задержку), б) передача паузы к УС-получателю в том месте последовательности, где должен был находиться утерянный пакет;

§ задержка при обеспечении синхронизма, цель которого — исключение нарушений в обслуживании пользователей. Процедура синхронизации представляет собой тактирование каждого пакета, при передаче которого каждый УС вносит свою индивидуальную транзитную задержку. На приемной стороне все входящие пакеты накапливаются в буфере и поступают в ООД абонента с постоянной задержкой.

С Рекомендацией G.764 тесно связана Рекомендация G.727, которая определяет процедуры обработки речевого сигнала в соответствии с алгоритмом адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ) и вводит понятия «информационные» и «дополнительные служебные» биты.

Рекомендация G.727 вводит способ разделения «речевого» пакета на составные части, в одной из которых размещаются информационные биты, а в другой — дополнительные служебные биты. Целью такого разделения является обеспечение возможности уничтожения (при необходимости) дополнительных служебных битов при доставке «речевых» пакетов, что приводит к уменьшению длины последних. А это в свою очередь способствует снижению возможной сетевой нагрузки.

Базовая FR-сеть должна учитывать все сказанное выше, а также обеспечивать:

· требуемое качество обслуживания, что подразумевает малую вероятность ошибки и предоставление пользователю минимально необходимой пропускной способности. Сеть должна обеспечивать доставку пакетов, содержащих информационные биты (АДИКМ), в ООД абонентов при любых условиях функционирования;

· возможность обслуживания пользователей, имеющих различные приоритеты. Это вызвано тем, что чувствительный к задержке трафик должен иметь наивысший приоритет. При этом сеть должна приостанавливать передачу другого трафика (сообщений, находящихся в выходной очереди). Это важное свойство сети пока не отражено в международных стандартах, и его реализация полностью зависит от фирм-производителей аппаратно-программных средств для FR-сетей;

Рис. 31.9. «Отображение» пакета G.764 в FR-кадры

· функционирование специальных процедур, с помощью которых уничтожаются дополнительные служебные биты и одновременно с этим защищаются информационные биты. Это позволит избежать негативных последствий, связанных с сетевой перегрузкой, которая будет снижать качество речевого сообщения;

· функционирование методов детектирования речевых пауз и/или компрессии речевого сигнала (в точках доступа). Это позволит минимизировать объем трафика, передаваемого в сети;

· уменьшение максимального размера кадров (наиболее вероятно 128 октетов) от других абонентов сети (не речевой трафик). Это позволит избежать появления задержек, связанных с нахождением в очереди на передачу (в УС) очень длинных кадров. Однако это требование противоречит основной цели применения сетей с ретрансляцией кадров, в соответствии с которой последние выступают в качестве транспортной среды ЛВС, использующих, как правило, кадры больших размеров;

· достаточно большую скорость передачи в магистральных линиях связи с целью уменьшения задержки, связанной с распространением сигналов. Эта скорость должна быть равна 2,048 Мбит/с и выше.

Если эти условия выполнены и речевым кадрам действительно присваивается наивысший приоритет, сеть обеспечивает низкую вероятность ошибки на бит, а также реализует методы передачи только информационных бит, то в этом случае существует возможность передачи речевого трафика через FR-сеть.

FRF принял только один стандарт для FR-сетей, специализирующихся на передаче речевого трафика. Этим самым была предпринята попытка «отображения» Рекомендации ITU-T G.764, определяющей стандарты для пакетирования речевого трафика, в стандарты FR. На рис. 31.9 представлен способ «отображения» пакета G.764 в FR-кадр. Пакет G.764 включает две части, в первой из которых размещены информационные биты, а в другой — служебные. Следовательно, этот пакет может быть «вложен» в два FR-кадра, один из которых включает заголовок кадра и информационные биты, а другой — заголовок кадра и служебные биты. АКД сети всегда установит такое значение CIR, при котором кадры с информационными битами будут гарантированно доставляться через сеть. В кадрах с дополнительными битами бит DE (Discard Eligible — бит, указывающий на то, что данный кадр может быть уничтожен) будет всегда устанавливаться в «1» ООД пользователя (в точке доступа к сети — интерфейс ИПС), и, следовательно, они будут «восприниматься» сетью как не требующие выделения дополнительного ресурса пропускной способности. По существу, такие кадры будут передаваться сетью и только при необходимости уничтожаться.

При таком подходе возможна передача речевого трафика через FR-сеть, но при этом должны быть заранее оговорены все процедурные детали способа доставки.