авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Оценка показателей качества факсимильной связи

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Бородко Александр Владимирович

Оценка показателей качества

факсимильной связи

Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича на кафедре Обработки и передачи дискретных сообщений.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Доронин Евгений Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Шерстюк Юрий Михайлович

кандидат технических наук, доцент Ефимов Александр Сергеевич

Ведущая организация:

ФГУП НИИ «Рубин»

Защита состоится «28» июня 2007 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 61, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «28» мая 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219.004.01

доктор технических наук, профессор В.Ю. Волков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Неотъемлемой частью современных телекоммуникационных технологий является факсимильная связь. В настоящее время выделяют два направления в развитии систем факсимильной связи:

  • повышение качества передачи факсимильных сообщений;
  • развертывание систем факсимильной связи на базе новых коммуникаци-онных сред.

Это в полной мере относится к цифровым факсимильным терминалам G3, сочетающим возможности работы, как с аналоговыми, так и цифровыми системами. Наряду с давно существующими стандартами ITU-T T.4, T.30 и др. разработаны требования на передачу факсимильных сообщений в IP-сетях в реальном масштабе времени (ITU-T T.38).

Для оценки качества факсимильной связи в настоящее время в нормативных документах (ГОСТ 50988-96, 26631-85; ITU-T E.452, E.453) рекомендованы следующие параметры: процент неуспешных факсимильных транзакций; процент успешных факсимильных вызовов, для которых не удалось задействовать максимальный по скорости протокол модуляции; процент состоявшихся факсимильных транзакций, однако, факсимильные сообщения доставлены с неудовлетворительным качеством; процент успешных факсимильных транзакций, когда факсимильные сообщения доставлены с удовлетворительным качеством.

В настоящее время вычисление значений этих параметров осуществляется экспериментально при эксплуатации уже существующей сети. Их определение требует большого количества испытаний на конкретной развернутой телематической службе. Также эти параметры факсимильной связи не позволяют оценить качество доставки факсимильных сообщений от структуры сети и факторов, вызывающих коллизии. Поэтому для решения задачи оценки успешности доставки факсимильных сообщений целесообразно использовать параметры, которые определяются механизмом доставки факсимильных сообщений, и могут быть рассчитаны аналитически, как функции параметров транспортных сетей.

Допустимые искажения факсимильной репродукции (горизонтальная и вертикальная разрешающая способность, геометрические искажения, отклонение плотности развёртки, разрешение элемента развертки, соответствие градаций полутонов оптическим плотностям, относительная площадь искажений на репродукции) нормируются согласно требованиям ГОСТ 50988-96, 25218-82; ITU-T T.4, T.22, T.23. Существующие способы оценки допустимых искажений факсимильной репродукции базируются на использовании тест-таблиц и визуальном анализе оператором принятой репродукции, что вносит субъективный фактор.

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью разработки методики оценки качества факсимильной связи, исходя из пригодности IP-каналов для доставки факсимильных сообщений в реальном масштабе времени и параметров гибридных сетей. Также необходима методика, позволяющая упростить определение показателей качества факсимильной репродукции и сделать выводы о соответствии их нормам, повысить оперативность и объективность анализа.

Вопросам развития факсимильной техники и исследования систем факсимильной связи посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов (Е.Л. Орловский, Л.Н. Щелованов, А.С. Ефимов, Ю.И. Медников, R.G. Tebbs, K. Toyoda и др.). Однако отмеченным проблемам уделено недостаточное внимание.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является выявление закономерностей влияния аппаратуры, среды и способов передачи на воспроизведение факсимильных сообщений и выяснение возможностей объективной оценки качества услуг факсимильной связи. Указанная цель достигается решением следующих задач.

1. Разработка моделей доставки HDLC кадров Т.30 для наиболее критичного случая – использование сетей с коммутацией пакетов и применение протоколов семейства Т.38.

2. Разработка математических моделей и алгоритмов машинного моделирования сетей доставки факсимильных сообщений для исследования их вероятностных характеристик и влияния сетевых параметров на успешность факсимильных транзакций.

3. Выбор критериев и параметров для оценки факсимильных репродукций и разработка машинных алгоритмов их оценки.

4. Разработка методики объективной оценки качества доставки факсимильных сообщений.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теории моделирования, теории вероятностей, методов математической статистики и машинной графики. Программное обеспечение, необходимое для решения задач, реализовано на языках ассемблера и Object Pascal.

Правомерность использования аналитических выражений пропускной способности доставки HDLC кадров факсимильных сообщений подтверждена результатами натурного эксперимента.

Научная новизна. Получены математические модели доставки факсимильных HDLC кадров, позволяющие оценить пригодность гибридных сетей, используемых телематической службой Телефакс, для обеспечения требуемого качества предоставления услуг. Модели учитывают разнообразие транспортных протоколов семейства Т.38 (UDPTL, RTP, TPKT).

Предложена методика, позволяющая анализировать влияние базовых параметров транспортной IP-сети и сети доступа на успешность факсимильных транзакций с помощью математических моделей.

Предложена методика для объективного и оперативного анализа влияния факсимильного оборудования на качество доставки факсимильных сообщений.

Разработаны новые способы оценки параметров факсимильной репродукции и специальные тест-таблицы, содержащие тест-элементы, алгоритмический анализ которых позволяет количественно оценить искажения факсимильной репродукции.

Практическая ценность. Практическое применение разработанных моделей доставки факсимильных HDLC кадров позволит до этапа эксплуатации оценить пригодность конкретных направлений для доставки факсимильных сообщений с заданным QoS.

Новый подход, в основе которого лежит использование разработанного аппаратно-программного комплекса (АПК), позволяет тестировать факсимильные терминалы (ФТ) и с меньшими временными затратами получать объективные значения основных параметров ФТ, в частности, разрешающую способность, геометрические искажения, градационную характеристику, степень искажений репродукции и др.

АПК реализован в зарегистрированном программном продукте «Факс-тестер» и может быть использован разработчиками факсимильной аппаратуры, сертификационными лабораториями, органами Госсвязьнадзора и службами, предоставляющими услуги факсимильной связи.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы внедрены в научно-исследовательских разработках ЗАО Телрос, ЗАО Технодалс и в учебном процессе СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены на 55, 56, 57, 58-й НТК профессорско-преподавательского состава СПбГУТ и международной научной конференции «Региональная информатика». По результатам проведенных исследований опубликовано 11 работ (2 в соавторстве).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Модель доставки HDLC кадров Т.30 для различных протоколов семейства Т.38.

2. Модель и алгоритмы машинного моделирования сетей доставки факсимильных сообщений для исследования ВХ и их влияния на успешность факсимильных транзакций.

3. Методика и алгоритмы оценки факсимильных репродукций.

4. Аппаратно-программный комплекс оценки качества факсимильных сообщений и методика автоматизированной оценки качества факсимильной аппаратуры в реальном масштабе времени.

5. Нормы и оценки качества предоставления услуг телематической службой Телефакс.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, девяти приложений и списка литературы. Работа содержит 143 страницы текста, 76 рисунков, 12 таблиц и 59 наименований отечественной и зарубежной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, сформулированы цели и задачи работы, определены практическая ценность и область применения результатов, приведены сведения об апробации работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрена организация факсимильной связи в телематических службах (ТМ службах).

Рис. 1. Модель обмена ФС с использованием Т.38

Приведены базовые определения, названы рекомендации (ITU-T T.4, T.30, T.38), в которых определены требования на факсимильные терминалы G3 и описаны процедуры установления факсимильных транзакций по коммутируемой телефонной сети общего пользования, цифровой сети с интеграцией служб и IP-сетям.

Факсимильные ТМ службы в соответствии с рекомендациями ITU-T F.160 делятся на три категории: абонентские – Телефакс (служба реального времени) и Комфакс (служба с промежуточным накоплением) и клиентская факсимильная служба – Бюрофакс.

В настоящее время начали объединять рекомендации и стандарты для передачи голоса, данных и факсимильных сообщений (ФС) через IP-сеть. Доставка ФС по IP-сетям позволяет реализовать любую телематическую службу. Обычно ТМ служба Телефакс реализуется семейством протоколов T.38, а ТМ службы Комфакс и Бюрофакс согласно рекомендации Т.37.

В соответствии с Т.38 доставка ФС осуществляется в реальном времени по Интернет-факс протоколу (IFP), который организует обмен сообщениями между факс-шлюзами и/или интернет-факсимильными терминалами, соединенными посредством IP-сети (рис. 1).

Инкапсуляция пакетов IFP в IP пакеты с соответствующими заголовками для TCP/IP и UDP/IP показаны на рис 2, 3 и 4.

Заголовок UDPTL может содержать дополнительную информацию, необходимую для защиты от ошибок при передаче через UDP (рис. 3 и 4). Заголовок TPKT должен предшествовать пакету IFP в реализациях TCP (рис. 2).

 Структура пакета TCP/TPKT/IP высокого-1

Рис. 2. Структура пакета TCP/TPKT/IP высокого уровня

 Структура пакета UDPTL/UDP/IP высокого-2

Рис. 3. Структура пакета UDPTL/UDP/IP высокого уровня

 Структура пакета RTP/UDP/IP высокого-3

Рис. 4. Структура пакета RTP/UDP/IP высокого уровня

Для транспортировки UDP данные IFP могут быть инкапсулированы в UDPTL (рис. 3) или в RTP (рис. 4). Пакеты UDPTL строятся на принципе кадрирования. Пакет IFP в полезной нагрузке UDPTL называется «первичным». После первичных пакетов в полезную нагрузку могут быть включены дополнительные (вторичные) поля. Существуют две схемы защиты от ошибок, которые добавляют проверочные комбинации ПИО (прямое исправление ошибок), состоящие из ранее переданных IFP сообщений (рис. 5) либо являющейся их поразрядной суммой (рис. 6).

Приведены относительные параметры для определения качества доставки ФС, рекомендуемые ITU-T E.452, E.453. Основными недостатками приведенных параметров являются сложность их применения для оценки разрабатываемых сетей на возможность доставки заданных объемов факсимильного трафика и отсутствие предельных значений, связывающих эти показатели с классами доставки. Они не связаны с требованиями Т.30, и их практическое измерение требует большого количества испытаний на конкретной сети.

 Основная схема ПИО -4

Рис. 5. Основная схема ПИО

 Дополнительная схема ПИО Для-5

Рис. 6. Дополнительная схема ПИО

Для оценки успешности доставки ФС целесообразно использовать параметры, связанные с механизмами доставки ФС (время доставки HDLC кадров Т.4, пропускная способность и др.), которые могут быть рассчитаны как функции параметров транспортных сетей и имеют четкие предельные значения.

Во второй главе детально рассмотрена доставка факсимильных HDLC кадров в гибридных сетях для различных протоколов семейства Т.38 ТМ службы Телефакс (рис. 7).

Для практической реализации такой службы на базе сетей с пакетной коммутацией необходимо установить корреляцию между критериями качества обслуживания факсимильных вызовов и характеристиками пакетной сети. Проведено моделирование прохождения HDLC кадров для различных комбинаций протоколов и способов исправления ошибок при реализации услуг Телефакс на основе IP-сети согласно T.38.

участок 1 участок 2 участок 3

Рис. 7. Реализация службы Телефакс c использованием IP-сети

Получены выражения пропускной способности B(p,RTT) от вероятности потери p и времени оборота RTT пакетов.

Для случая использования протокола UDPTL c основной схемой ПИО

(1)

где c – коэффициент увеличения пакетов, находящихся одновременно в сети,

n – количество избыточных IFP сообщений.

Для случая использования протокола UDPTL с дополнительной схемой ПИО

Для случая использования протокола TPKT

, (3)

где b – коэффициент увеличения TCP окна.

На основе (1) – (3) составлены выражения для вычисления времени задержки факсимильных HDLC кадров и найдено ограничение скорости модуляции B0 оконечных ФТ для службы Телефакс, реализованной на гибридной сети (рис. 7).

Для протокола UDPTL с основной схемой ПИО

,

Для протокола UDPTL с дополнительной схемой ПИО

Для протокола TPKT

,

В выражения для B0 и входят следующие переменные:

– средняя длина факсимильных HDLC кадров,

Lm – длина ФС,

– выдержка времени доставки факсимильных кадров (2.85 с),

– количество серий IFP пакетов, переданных между двумя соседними сериями таймаутов,

L`HDLC – длина кадра подтверждения, равна 40 байт.

Показано, что средняя длина факсимильных HDLC кадров зависит от вида распределения длин ФС. Экспериментально выявлено, что размер ФС распределен по экспоненциальному закону с математическим ожиданием = 323 байт.

Тогда

(2.29)

и размер информационного поля HDLC кадра составит {59; 177} байт в зависимости от максимальной длины поля FIF кадра ФС.

В третьей главе приводятся результаты имитационного моделирования и натурного эксперимента доставки ФС с использованием протоколов UDPTL и TCP. Полученные результаты подтвердили правомерность использования аналитических выражений пропускной способности транспортной сети для доставки HDLC кадров ФС, позволяющих рассчитать время задержки, и оценить пригодность IP-направлений для передачи ФС в режиме реального времени.

Имитационная модель сделана c использованием Simulink и StateFlow в среде MatLab 6.5, она позволяет учитывать законы распределений длин IFP сообщений и времени оборота пакетов.

Общая схема работы протоколов UDPTL и TPKT по доставке IFP сообщений в среде Simulink представлена на рис. 8.

Рис. 8. Модель обработки IFP пакетов на оконечной станции

Основная проблема, с которой сталкиваются при построении факсимильных ТМ служб реального времени на основе гибридных сетей, состоит в том, что выбор скорости модуляции оконечных ФТ необходимо согласовывать на этапе установления соединения, поскольку пересогласование скорости в течение доставки факсимильной страницы невозможно. При завышении скорости на участке сети доступа относительно возможностей транспортной сети задержка кадров превышает установленные в T.30 значения и происходит потеря вызова.

На основе требований ITU-T T.30 по доставке HDLC кадров и полученных значений построены графики (рис. 9, 10) для выбора допустимой скорости модуляции в зависимости от параметров транспортной IP сети: вероятности потери и времени оборота пакета.

 Выбор скорости модуляции при-22

Рис. 9. Выбор скорости модуляции при использовании протокола UDPTL

без добавления избыточных IFP сообщений

Рис. 10. Выбор скорости модуляции при использовании протокола UDPTL с применением дополнительной схемы ПИО

Для ТМ службы Телефакс введены четыре класса QoS обслуживания сетью доставки ФС в реальном масштабе времени и определены нормы и оценки качества предоставления услуг.

В табл. 1 указаны задержки распространения и маршрутизации для двух классов QoS при использовании транспортного протокола UDPTL без добавления избыточных IFP пакетов в сегмент.

Таблица 1 Требования к качеству предоставления услуг ТМ службой Телефакс

Нормы и оценки Класс обслуживания
высший высокий
Сетевые задержки < 200 мс, задержка из конца в конец — не более 300 мс < 250 мс задержка из конца в конец — не более 400 мс
Вероятность потери пакета < 1 % < 2 %
Степень удовлетворенности пользователей Хорошее качество Удовлетворительное качество


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.