Имитационная модель современной HetNet. Проектирование и экспериментальные исследования

Исследования и разработки в области новых информационных технологий и их приложений

Попов В.И., Скуднов В.А., Васильев А.С., Шевченко А.

РижскиИ технический! университет, г. Рига, Латвия

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СОВРЕМЕННОЙ HETNET. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Аннотация

В работе рассматривается алгоритм проектирования имитационной модели HetNet -гетерогенной телекоммуникационной сети, включающей различные среды современных систем передачи речевой информации и цифровых данных (кабельные, беспроводные), каналообразующие элементы и интерфейсы. Для имитационного моделирования и экспериментальных исследований в спроектированной HetNet использовались: цифровые VoIP телефоны, IP/Ethernet соединения с локальными компьютерными сетями, сеть SDH (на уровне STM-1) с SDH/PDH коммутационным оборудованием, радиомодемы ССМС. Разработанная HetNet, с одной стороны, обобщает современные технологии, используемые в телекоммуникационных сетях, а с другой, может использоваться в качестве имитационной модели в системах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте (GSM-R).

Ключевые слова

HetNet (гетерогенные сеть), цифровые VoIP телефоны, IP/Ethernet соединения, SDH/PDH (синхронная/плезиохронная цифровая иерархия), ССМС (сотовые сети мобильной связи).

Popov V.I., Skudnov V.A., Vasiliev A.S., Shevchenko A.

Riga Technical University, Riga, Latvia

SIMULATION MODEL OF MODERN HETNET. DESIGN AND EXPERIMENTAL RESEARCHES

Abstract

The article deals with design algorithm of simulation model HetNet -heterogeneous telecommunication network comprising different environments of modern voice systems and digital data (cable and wireless), channel-forming elements and interfaces. For simulation and experimental studies in the designed HetNet, we used the following objects: digital VoIP phones, IP / Ethernet connection to local computer networks, SDH network (on the STM-1 level) with SDH/PDH switching equipment, radio modems of cellular networks of mobile communication (CNMC). On the one hand, Designed HetNet generalizes modern technologies, which are used in telecommunication networks, and on the other hand, it can be used as a simulation model in automatics, telemechanics and communication systems in railway transport (GSM-R).

Keywords

HetNet (heterogeneous network), digital VoIP phones, IP/Ethernet connections, SDH/PDH (synchronous/plesiochronous hierarchy), CNMC (cellular networks mobile communication).

Введение

Все современные телекоммуникационные сети являются неоднородными (гетерогенными) -Heterogeneous Networks (HetNet). На практике

возникает потребность в упрощении алгоритмов проектирования, инсталляции и мониторинга такого рода сетеи. В даннои работе предлагается достаточно простои алгоритм создания

имитационное модели неоднородное

телекоммуникационной сети, включающей различные среды передачи (кабельные, беспроводные), каналообразующие элементы и интерфейсы сети [1-11]. Для имитационного моделирования и экспериментальных

исследовании HetNet использовались: цифровые VoIP телефоны, IP/Ethernet соединения с локальными компьютерными сетями, сеть SDH (на уровне STM-1) с SDH/PDH коммутационным оборудованием, радиомодемы ССМС (Сотовых Сетеи Мобильнои Связи) 2G/3G/4G.

1. Проектирование HetNet. Принцип действия HetNet

При проектировании HetNet была разработана сеть, которая показана на рис. 1. При этом схема сети включает:

- ребра сети: одномодовые оптические кабели (À = 1,31 мкм, [1= 0,22 дБ/км), медные коаксиальные кабели (волновое сопротивление 70 Ом) и витые пары (волновое сопротивление 120 Ом), беспроводную сеть (радиомодем-ССМС);

- узлы сети: электрические и оптические мультиплексоры MAX (SIEMENS SURPASS hiT7020), коммутаторы (Mera System VoIP Softswitch и Digium Asterisk Softswitch), радиомодемы 3g/4G CCMC;

- терминальное оборудование сети: цифровые телефонные аппараты и VoIP телефоны (Cisco ATA -186 SIP, Zoiper и CounterPath X-Lite), компьютеры, используемые для мониторинга и контроля сети (программное обеспечение TNMS-M SURPASShiT7020 3.2.2 LCT), цифровые анализаторы (Advanced Network Tester "SDH Version" ANT-20 производитель Wavetek Wandel Goltermann) и тестер (Optical power meter);

- интерфейсы сети: для работы в ССМС использовались радиоинтерфеисы модемов 3g/4G, для оптического соединения STM использовались SC-коннекторы, для оптического подключения к анализатору и тестеру использовались FC-коннекторы. Для медных кабельных подключении использовались: для коаксиальных линии - BNC-коннекторы, для витои пары - RJ45/RJ12.

- внешние интерфейсы CCMC: для подключения 4G модема использовался стандартный (обычный) порт USB 2.0 Тип А с максимальной (теоретической) пропускной способностью до 480 Mbps. Для подключения PSTN использовался интерфейс Е1 (волновое сопротивление 120 Ом, пропускная способность 2048 кбит/с).

- внешние терминальные устройства CCMC: модем Huawei E3372 HSPA+/LTE через 4G радиоканал был подключен к сети мобильного оператора LMT в диапазоне 2.1 ГГц с максимальной пропускной способностью до 150 Mbps; смартфоны и др. мобильные терминалы.

- используемые протоколы: для передачи данных внутри LAN использовались протоколы

стека TCP/UDP/IP, для передачи голоса внутри LAN использовались протоколы SIP/H.323/RTP. В обоих случаях на физическом уровне использовался протоколы технологии FastEthernet.

уД STM-1 Dig

м

^^^^^ 4G Radio channel

DICOM-Server

asterisk-VoIP pbx

Remote Laptop with 4G modem, DICOM-Client

Рис. 1.

В схеме HetNet используются: - четыре оптических мультиплексора (SIEMENS SURPASS hiT7020) соединенных в оптическое кольцо и образующих первичную оптическую STM-1 сеть; -к мультиплексорам STM-1 подключены:- MAX1 (STM-1) ^IP Ethernet ^LAN switch ^ LAN1;- MAX1 (STM-1) ^IP-Ethernet ^ 4G modem ^ mobile network ^ Internet; - MAX2 (STM-1) ^IP Mera VoIP Softswitch ^VoIP TA ^PSTN;^

- MAX2 (STM-1) ^TCP/UDP/ IP ^Internet; -MAX3 (STM-1) ^ IP Ethernet ^ASTERISK - сервер IP-телефонии; - MAX3 (STM-1) ^ IP Ethernet ^ DICOM-Server; - MAX4 (STM-1) ^ IP-Ethernet ^VoIP TA (Cisco ATA-186 SIP); - MAX4 (STM-1) ^ LAN switch ^ LAN2;

При использовании схемы HetNet рис.1 реализовывалось следующее:

- Передача речевых сигналов: Вызов и передача речевых сигналов осуществляется от VoIP телефонов через STM-1 сеть к Asterisk Softswitch коммутатору для обработки и маршрутизации, при этом алгоритм соединении обеспечивался по маршрутам:

- VoIP Ph(phone) (Cisco ATA-186 SIP) ^STM-1(4)^STM-1(3) ^ Asterisk Softswitch ^ STM-1(3)^STM-1(2) ^ Mega VoIP Softswitch^PSTN; или

- VoIP Ph(phone) (Cisco ATA-186 SIP) ^STM-1(4)^STM-1(3) ^ Asterisk Softswitch ^ STM-1(3)^STM-1(2) ^STM-1(1)^ 4G modem ^PSTN mobile network.

Следует отметить, что в HetNet коммутатор Asterisk Softswitch осуществляет основные функции телефонной станции (PBX) и через сеть STM-1 реализуется вызов к Mera VoIP Softswitch для маршрутизации и выхода в PSTN сеть. Для соединения с PSTN используется шлюз - Mera VoIP Softswitch для сопряжения IP/Ethernet сети с пакетнои передачей голоса (VoIP) и сетью ISDN с импульсно-кодовои модуляцией (PCM) и

протоколами телефонной! сигнализации - DSS1 или SS7. Для подключения к сети ISDN используется интерфейс Е1 (120 Ом, пропускная способность 2048 кбит/с). В сети имеется возможность соединения с PSTN через телефонную сеть мобильного оператора при помощи USB 4G радиомодема. Радиомодем подключается через стандартный порт USB 2.0 Тип А к коммутатору -Mera VoIP Softswitch, которыи направляет речевые вызовы в PSTN- сеть связанной с мобильным оператором.

- Передача данных, при этом алгоритм соединении обеспечивается по маршруту:

- PC^LANl^LAN switch^STM-l(l)^ 4G modem ^ Internet.

Передача данных происходит от персональных

компьютеров PC из локальной! сети LAN1 через STM-1/1 сеть на 40-радиомодем, который также является и маршрутизатором для стыковки с сетью данных мобильного оператора через радио интерфеис. Компьютеры подключены в локальные сети LAN (топология - звезда) с подключением к SDH модулям через LAN switch и IP Ethernet интерфеисы. Радиомодем подключается через стандартныи порт USB 2.0 Тип А в режиме передачи данных. Удаленные компьютеры (Remote laptop with 4G modem) связываются с сетью STM-1 через сотовую сеть мобильного оператора LMT mobile network через 4G-радиомодем и далее к глобальнои сети Internet, при этом реализуется контроль за передачеи данных с использованием Remote Laptop with 4G модем.

Рис. 2 Имитационная модель HetNet для передачи телемедицинских данных

Рассмотрим, в качестве примера разработаннои выше HetNet сети, алгоритм соединении! в HetNet рис. 2, в которои организуется режим передачи мультимедииных телемедицинских данных: -DICOM-Server^STM-1(3)^STM-1(2)^ TCP/UDP/IP ^Internet (RTU LAN switch) ^ RTU-LATNET optic channel ^LIX (Latvian Internet Exchange) ^ Internet ^ Remote Laptop with Ethernet TCP/IP подключением (DICOM client).

Таким образом, передача данных (тест-сигналов) происходит от DICOM-Server с FastEthernet-подключением по протоколу TCP/UDP/IP к модулю MAX3 в STM-1 сеть и RTU LAN switch (которыи является внешним магистральным маршрутизатором для стыковки Internet сетеи). Далее тест-сигналы подаются на входнои маршрутизатор интернет проваидера LATNET LIX client, которыи включен в кольцевую магистральную сеть LIX (AS42480). Через LIX-

кольцевую сеть тест-сигналы передаются от маршрутизатора LATNET LIX PoP к маршрутизатору интернет оператора Telia LIX PoP, в сети которого находится экспериментальный удаленный компьютер (DICOM client) с FastEthernet-подключением по протоколу TCP/IP/UDP.

2. Экспериментальные исследования параметров передачи в HetNet

Методы измерений и мониторинга HetNet при передаче речевых сигналов

Для проведения измерении при передаче в сети речевых сигналов исследуются спектры аналоговых речевых тест-сигналов с помощью программы Adobe Audition 2.0 как на входе (audio input), так и выходе (audio output) оконечного оборудования, подключенного к сети. Для этого используются два персональных компьютера РС с указанным программным обеспечением для

спектрального анализа тест-сигналов и программным обеспечением для передачи тест-речи через IP-сеть. Для приема и получения аудио тест-сигнала применяется программный VoIP (SIP) телефон Zoiper — ТА1/ТА2, связанный с аудио входом персонального компьютера (PC1) в LAN1 и выходом PC2 в LAN2. Данное программное обеспечение обеспечивает аналого-цифровое преобразование речевого тест-сигнала, кодирование с компрессией (использовались кодеки - вокодеры ÍLBC30, GSM, G.729, G.711 u-law) и пакетную передачу в сеть. На приемной стороне производится декодирование с декомпрессией и цифро-аналоговое преобразование речевого тест-сигнала, при этом используется аналогичный программный комплекс, установленный на втором компьютере РС2 (рис. 1). Рассмотрим принцип действия сети рис. 1, предназначенной для измерении и мониторинга передачи речевых сигналов и цифровых данных:

Аналоговый тест-сигнал от микрофона подается на аудио вход РС1 (audio input), при этом реализуются два процесса - спектральный анализ данного аналогового тест-сигнала (рис. 1.1) и (при передаче в сеть) его дискретизация, кодирование и компрессия. Далее от PC1 тест-сигнал передается в цифровом формате VoIP через LAN switch в модуль MAX1(STM-1) для мультиплексирования и далее через модули MAX2(STM-1) и MAX3(STM-1) в PBX

Asterisk Softswitch маршрутизации.

для

авторизации

1...........Г.......'WEE-

Audio test-signal input

Как видно из графиков рис. 3 и рис. 4, при передаче речевого тест-сигнала по сети амплитуда выходного сигнала уменьшилась и резко изменился спектральный состав, что связанно двойным аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразованием речевых сигналов и с ограниченной полосой пропускания телефонного тракта.

FTP spectral analysis of audio test-signal output

Рис. 4

Методы измерений и мониторинга HetNet при передаче данных

Для экспериментов при передаче тест-данных в HetNet (рис. 1) используются два персональных компьютера РС, подключенных к различным STM модулям (SIEMENS SURPASS hiT7020). В первом компьютере (сеть LAN1) формируется цифровой тест-сигнал (скорость передачи в сети LAN1 и в интерфейсах LAN switch составляет 100 Мбит/с). Второи компьютер (сеть LAN2) (скорость передачи в сети LAN2 и в интерфейсах LAN switch также составляет 100 Мбит/с) используется как приемник цифрового тест-сигнала. Все тест-данные при передаче по сети STM-1 (скорость передачи тест-сигналов в сети SDH/STM-1 - 155 Мбит/с) подвергались стандартному

мультиплексированию, структурированию в виртуальных контейнерах и

демультиплексированию.

FTP spectral analysis of audio test-signal input

Рис. 3

После маршрутизации в PBX Asterisk тест-сигнал направляется к вызываемому абоненту через модули MAX3(STM-1) и MAX4(STM-1) и LAN switch через LAN2 в PC2, к выходу которого подключен приемньш программный VoIP SIP телефон Zoiper. В РС2 реализуется спектральный анализ принятого тест-сигнала (в цифровом виде) в соответствии с программой Adobe Audition 2 (рис. 3 и 4). После цифро-аналогового преобразования в РС выходнои аналоговый речевой тест-сигнал поступает в телефонную трубку.

Рис. 5 Часть аппаратуры HetNet РС персональный компьютер включенный в LAN1, с установленным программным обеспечением TNMS-M SURPASS hiT7020 3.2.2 LCT,

обеспечивал мониторинг прохождения трафика в сети STM-1, при этом данные в оптических каналах контролировался с помощью анализатора Wavetek Wandel Goltermann ANT-20 (рис. 5).

Рассмотрим, на примере передачи мультимедийных телемедицинских тест-данных в гетерогенной сети рис. 1, цели проведенных экспериментов.

1. Цель 1-го эксперимента состоит в передаче потока медицинского тест-видеоизображения высокого разрешения (Blu-Ray) в формате DICOM H.264 / AVC с сервера DICOM через HetNet (рис. 1) и

далее выход через мобильную сеть 3G/4G к удаленному компьютеру с мобильным подключением (DICOM-client). Удаленньш компьютер (DICOM-client) подключался через 3G/4G радиомодем к сети двух мобильных операторов Латвии: LMT и Tele2. Следует отметить, что на рис. 1 приведена схема HetNet, которая использовалась для экспериментальных исследовании передачи мультимедийных телемедицинских тест- сигналов от Remote Laptop with 4G modem (с программным обеспечением -DICOM client) к DICOM Server.

Target Name: N/A

IP: 192.168.10.5

436 Samples Timed: 4/2/2016 4:21:21PM - 4/2/2016 4:28:36 PM

Hop I Err I PL% I IP

1_192.168.10.5 N/A_

0 - 200 ms

201 - 500 ms

501 ms and up

Avg I Min Max Cur Jttr 0 0 3 1 0.07

Latency 3

Round Trip

N/A (192.168.10.5) hop 1

Graph time = 5 urinates

i

J_L

4/2/2016'4:24.00p4/2/2016'4:24.30p4/2/2016'4:25.00p4/2/2016'4:25.30p4/2/2016'4:26.00p4/2/2016'4:26.30p4/2/2016'4:27.00p4/2/2016'4:27.30p4/2/2016'4:28.00p4/2/20164:28.' _Image generated by PingPlotter Pro -4.12. и flittp://y. у .v.. pingplotter.com)_

Through (server-terminal) Optical Connection, Figure 7

LMT4G connection, Figure 8

TargetName: DESKTOP-1C51 BET IP: 85.2S4.228.250

Z17 Samples Timed: 4/12/2016 4:39:19 PM -4/12/2016 4:42:57 PM Hop Err PL% IP

1 192.168.43.1 ..............

214 100.0 -

10.20.237.6 -

10.20.55.209 ..............

214 100.0 -

212.93.96.41 ..............

159.148.146.25 ..............

2

4

5 •

71 Bl 91 10

11 214 100.0 -

159.148.70.194 tnrnado-gw. V3000. latneteerviss. Iv

85.254.147.17 ..............

85.254.88.1П ..............

12

85.254.228.250 DESKTOP-1С 51E1ET

Avg Min Max Cur Jttr

3 1 12 3 1.72

149 42 1П63 321 50.32

154 43 1101 331 46.53

161 43 1000 476 55.09

162 44 1126 448 59.85

165 43 1232 413 66.59

162 43 1D35 374 50.33

160 43 985 348 50.00

159 42 1146 319 60.09

0 - 200 ms 201 - 500 ms 501 ms and up

Latency 232

Rnund Trip [ms] 159 421146 31960.09

DE5KTOP-LC5LBET (85.254.228.250) trap 12 LL4Í

Д

Graph time = 5 minute

; I _ _- - -. _ ----- : _ 7 -- _ ----1

16'4;38.00p 4/12/2016'4;3S.30p4/12,'2016'4:3S.OOp 4/12,'2016'4:39.30р 4/12'2016'4:40.00p4/12'2016l4:40.30p 4/12'2016Ч:41.00р 4,'12'2016l4:41.30p 4/L2'2016l4:42.00p 4/12'2016l4:42.30p 4/12/201 _Image generated by PingPlotter Pro 4.12.0 (http://www.pingplotter.com)_

LMT 3G connection (HSPA) Figure 9

Figure 10 LMT 2G connection

Target Name: IP:

207 Samples Timed: Hop | Err | PL% |

Ш

2 204 100.0 -

3

4

5

6 7

DESKTOP 1C51BET «5.254.228.250

4/12/2016 4:53:23 PM - 4/12/2016 4:56:49 PM IP

192.168.43.1 -

10 4.9 213.100.46.105 C213-100-46-105,oust.tele2.se

10 4.9 213.100.43.22 bks-fgw-l.ael-203.tele2.net

10 4.9 213.100.43.21 c213-100-43-21,cust.tele2,se

10 4.9 212.151.176.90 tor-core-1.bundle-ether60.tele2.net

10 4.9 130.244.49.161 bks-core-l.bundle-ether40, tele2.net

10 4.9 130.244.64.67 tvt-peer-l.xe-0-0-l-unitQ, tele2.net

9 10 4.9 130.244.200.209 peer-as 12578,tvt.tele2,net

10 Ю 4.9 195.122.0,122 -

11 10 4.9 195.122.22.246 -----------

12 10 4.9 85.254,88,10 -

13 204 100.0

14

4.4 85.254,228.250 DESKTOP-1C51BET

Round Trip (ms) 467 212679

l12/2QL6'4!S2,OOp4/12/20Lfc'4;S2,30p4/12/2DL6'4:53.00p4/1.2,'

Ii-..,

И.ЗОр4/ 1.2/2016'4:54.00p4/12/2016'4:54.30р4/12/2016'4:55.00р4/12/2016'4:55.30р Image generated by PingPlotter Pro 4.12.0 (http://www.pingplotter.com)_

DQd 4/12/201€T4:S€,30p 4?

Figure 11 TELE2 3G

Target Name: IP:

190 Samtes Timed:

Нор Err PL% IP

1 192.168.43.1

'А 187 100.0

Ш 82 43.4 213.100.46.97

4 84 44.4 213L 100.43.22

Ь 84 44.4 213.100.43.21

6 84 44.4 212.151.176.90

1 84 44.4 130.244.49.161

Н 84 44.4 130.244.64.67

а 85 45.0 130.244.200.209

iü и 85 45.0 195.122.0.122

85 45.0 195.122.22.246

84 44.4 85.254.88.11)

13 187 100.0

14 81 42.9 85.254.228.250

DESI010P-1C51BET 85.254.228.250

4/12/2016 5:03:00 PM-4/12/20IS 5:06:10 PM

с Z13-100-46-97. cust.tEle2. se bks-fgw-l. зе 1-203. tele2. net c213-lfflH>2LaritteleZse tor-core-l.bundle-ether60.tEle2.net bkB-core-l.bundle-ettier40.tEle2.net tift-peer-1. xe-O-O-l-unitO ,tEle2. net

557 631 622 639 628 635 637 637 620 621

0 - 200 ms 201- 500 ms 501 ms and up

Ауд М1п Мах Сиг

Jtjtr 1,23 4

Latency

38 2612

57 2562

34 2520

36 2824

38 2774

44 2723

5 7 2673

56 2623

34 2573

65 2523

49В 333.08 ' 463 312.42 • 428 313,44 * 394 315,62 i 377 302,8 367 335,57 i 385 337,31 1 444 333,66 ' 393 322,36 i 444 326,36 i

50 2659 605 339,95 '

Round Trip [ms) 675 50 2659 6G5 39.95

E. 2&t. 22£. 1Ш} P.:,:, 14

1П HÜLL

/.':,if.IL,:y. Dp 4.1 .'/.'piDs:/,.1. lip,4/1 l,,,l::,i-,'L,::,:.:>:,p 4.1 .'/.'pif.'s::,p. i:,p, 4/1 l.,,l::,i-,lL,::4.:>:,p 4.1 i/.'pidsih. up,4/1 ,l/,l::,i-,IL,::,L..:>:,p 4,, ,/'::,i::,p _Image generated by PinqPlottEr Pro 4.12.0 (http://y/y.'^'.pinqplottEr.com)_

Figure 12 TELE2 2G connection

2) Цель 2-го эксперимента состоит в передаче мультимедийной телемедицинскои тест-информации при соответствующих протоколах через гетерогенную сеть HetNet (рис. 2) при подключении с помощью оптической линии к магистральному интернет кольцу LIX с глобальным доступом в Интернет.

3) Цель 3-го эксперимента состоит в передаче речевои тест-информации в HetNet (рис. 1), связанной с ССМС (LMT и TELE-2).

Результаты экспериментальных исследовании гетерогенной сети в режиме передачи тест-данных (в программном приложении передачи телемедицинских тест-данных) приведены на рис.

1.7-1.12.

На рис. 7 приведены результаты измерении! временной задержки (в мс.) при прохождении тест-сигнала от передатчика РС1 к приемнику РС2 (рис.1.1), при этом максимальная задержка (max) составила 3 мс., средняя величина задержки (cur) -1 мс,, и джиттер (jttr) - 0,07 мс., что соответствует условиям передачи близким к идеальным.

На рис. 8-12 приведены результаты измерении временнои задержки (в мс.) при прохождении тест-сигнала от передатчика DICOM Server к приемнику DICOM client, при этом максимальная задержка (max) изменялись в пределах: от 402 мс. (рис. 8) до- 2800 мс. (рис. 10); средняя величина задержки (cur) -от 2 мс. (рис.1.8) до 444 мс. (рис. 12),, и величина джиттера - от 8,23 мс. (рис. 8) до 340 мс. (рис. 12).

В результате экспериментов были получены следующие результаты:

Результаты 1-го блока экспериментов: при достаточно слабом уровне приема тест-сигнала, которьш передавался по ССМС 2G, или при нахождении удаленного компьютера (DICOM-client) в нескольких километрах от базовой станции (BTS) - можно передавать и принимать медицинский потоковыи видео+аудио тест-сигнал в формате высокого разрешения (Blu-Ray, H.264 / AVC DICOM), но для этого требуется продолжительное время для начальной буферизации (около 60-70 секунд), чтобы в дальнейшем полученный видео+ аудио тест-сигнал передавался без потери качества. Программа PingPlotter при этом показывает, что происходят потери (порядка 35-45%) IP-пакетов (LMT 2G connection (EDGE) (Figure 10) и TELE2 2G connection Figure 12). В данном эксперименте был получен большои разброс джиттера (Jttr) времени прохождения пакетов (до 400 ms). Следует отметить, что результаты экспериментов были предсказуемы, так как они связаны с низкои пропускной способностью радио канала ССМС 2G.

Результаты 2-го блока экспериментов: При использовании ССМС 3G/4G/UMTS были проведены, аналогично первому блоку, эксперименты по передаче мультимедийных телемедицинских тест-данных в сети рис. 1, при этом были получены следующие результаты: - при использовании видео формата высокого разрешения (Blu-Ray, H.264 / AVC DICOM) в режиме реального времени резко падает время задержки начальной буферизации потока видео -данных (не более 2-3 секунд); - видео и аудио тест-поток передается практически без потери качества; -наблюдается джитттер: в сети ССМС LMT оператора величина джиттера составила не более 60 мс., что вполне допустимо для передачи мультимедийной информации, а в сети ССМС Tele2 оператора величина джиттера достигала 200 мс., что на практике может привести к сбоям в

чувствительных к джиттеру протоколах (VoIP, DICOM). Такои значительный разброс величины джиттера связан с изменением скоростных интерфейсов в элементах сети рис. 1. «Заторы» в разно-скоростных интерфейсах могут приводить к увеличению буферизации или краткосрочным замираниям в видео потоке. Данная проблема резко уменьшается при использовании стандартов качества обслуживания (QoS) во всех сетях, использующих транспортньш протокол IP.

Выводы

К основным достоинствам разработаннои HetNet сети можно отнести:

1. Простые и стандартизированные процессы мультиплексирования PDH/SDH.

2. Простои доступ к различным сигналам при мультиплексировании при высокой скорости передачи данных за счет интеграции протоколов и стандарта SDH/PDH (STM-1/4).

3. Гибкии и эффективный доступ в гетерогенную сеть, связанный с наличием стандартных интерфейсов, используемых в современных сетях, поддержка всех современных протоколов передачи данных и мультимедиа. Возможность масштабируемости сети за счет увеличения узловых оптических мультиплексоров или соединения нескольких оптических колец STM-1.

4. В рассмотренных выше схемах HetNet используется система поддержки и контроля [NMS -Network Management System (OAM&P)], согласно стандарту ITU-T Y.1731, которая осуществляет мониторинг наличия и качества связи по следующим параметрам: коэффициент потери кадров (frame loss ratio), задержка кадров (frame delay) и тесты для определения состояния сети (SLA-Service Level Agreements) между оператором и абонентами. При помощи этих тестов система контроля вычисляет MOS (Mean Opinion Score -средняя экспертная оценка) и ICPIF (Impairment/Calculated Planning Impairment Factor -оценка ухудшения качества связи).

5. Стандартные интерфейсы могут поддерживать межсетевые соединения операторов и различные услуги HetNet сетеи:

5.1. Передача потоков трафика с коммутацией каналов (E1/E3) для обеспечения телефонной связи между PBX и PSTN по различным телефонным протоколам (DSS1, BRI, PRI), а также использование общеканальнои системы сигнализации SS7 при подключении оптических или электрических каналов PCM.

5.2. Передача высокоскоростных потоков трафика семейства технологии пакетнои передачи данных для компьютерных сетеи (FastEthernet) и использование протоколов маршрутизации TCP/UDP/IP для соединения локальных и магистральных компьютерных сетеи с выходом в

глобальную сеть Internet.

5.3. Практическая возможность объединения или подключения имеющейся STM-1 сети к другим SDH сетям с использованием стандартного оптического STM1/STM4 SC-подключения для географического расширения точек доступа и увеличения портов для клиентского соединения.

6. При подключении к сетевому узлу Mera System VoIP Softswitch GSM/UMTS/LTE-радиомодема, открывается возможность стыковки сети с сетями сотовой мобильной связи, например, это следует из рис. 1. Использование общеканальнои системы сигнализации SS7 позволяет обеспечить промежуточное соединение (interconnect) с фиксированными телефонными сетями публичных операторов. Это достигается соединением сетеи через интерфейсы Е1.

7. При использовании протоколов VoIP (протоколы сигнализации H.323/SIP) и системы Mera System VoIP Softswitch возможно обеспечить промежуточное соединение (interconnect) с фиксированными и мобильными телефонными сетями публичных и ССМС операторов в мире, посредством глобальной сети Internet (рис. 1).

Заключение

Разработанная HetNet, с однои стороны, обобщает современные технологии, используемые в гетерогенных телекоммуникационных сетях, а с другои, может использоваться в качестве имитационной модели в системах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте (GSM-R) [12].

Литература

1. Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM. М.: Эко-Трендз, 2005, 296 с.

2. Popovs V. Skiedru optisko sakaru linijas transportai. Riga: RTU DzTI, 2010, 63.lpp.

3. Popovs V. Sinhronas ciparu hierarhija. Riga: RTU DzTI, 2006/2008, 53. lpp.

4. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-Трендз, 2000, 267 с.

5. Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. Москва: Эко-Трендз, 2001, 282 с.

6. Гринфилд Д. Оптические сети. К.: ООО «ТИД ДС», 2002, 256 с.

7. Скуднов В. Гетерогенная телекоммуникационная сеть фирмы SOTUS. Riga-Kaliningrad-Frankfurt-am-Main, 2014.

8. Popovs V., Skudnovs V., Vasiljevs A. Modeling of modern heterogeneous data networks. In: RTU International Sciences Conference, Transport section, 2014.g. 14-17 October.

9. Popov V., Skudnov V., Vasiliev A. Modern heterogeneous telecommunications network. In: Conference - Technology and art. Vilnius: VCTD, 2015.

10. Skudnov V., Shevchenko A. Mobile health in Latvia. In: 56. RTU International Sciences Conference, Transport section, 2016.g. 14-17 October.

11. Skudnov V., Shevtchenko A. Mobile health in Latvia. In: 56. RTU International Sciences Conference, Transport section, 2016.g. 14-17 October.

12. Шнепс-Шнеппе М.А., Федорова Н.О., Суконников Г.В.,Куприяновскии В.П. Цифровая железная дорога: переход от сети GSM-R к LTE-R и 5G-R - состоится ли? // International Journal of Open Information Technologies. 2017. Том 5. №. 1, С. 71-80.

References

1. Popov V.I. Osnovy sotovoj svjazi standarta GSM. M.: Jeko-Trendz, 2005, 296 s.

2. Popovs V. Skiedru optisko sakaru linijas transporta. Riga: RTU DzTI, 2010, 63.lpp.

3. Popovs V. Sinhronas ciparu hierarhija. Riga: RTU DzTI, 2006/2008, 53. lpp.

4. Ubajdullaev R.R. Volokonno-opticheskie seti. M.: Jeko-Trendz, 2000, 267 s.

5. Shmal'ko A.V. Cifrovye seti svjazi: osnovy planirovanija i postroenija. Moskva: Jeko-Trendz, 2001, 282 s.

6. Grinfild D. Opticheskie seti. K.: OOO «TID DS», 2002, 256 s.

7. Skudnov V. Geterogennaja telekommunikacionnaja set' firmy SOTUS. Riga-Kaliningrad-Frankfurt-am-Main, 2014.

8. Popovs V., Skudnovs V., Vasiljevs A. Modeling of modern heterogeneous data networks. In: RTU International Sciences Conference, Transport section, 2014.g. 14-17 October.

9. Popov V., Skudnov V., Vasiliev A. Modern heterogeneous telecommunications network. In: Conference - Technology and art. Vilnius: VCTD, 2015.

10. Skudnov V., Shevchenko A. Mobile health in Latvia. In: 56. RTU International Sciences Conference, Transport section, 2016.g. 14-17 October.

11. Skudnov V., Shevtchenko A. Mobile health in Latvia. In: 56. RTU International Sciences Conference, Transport section, 2016.g. 14-17 October.

12. Shneps-Shneppe M.A., Fedorova N.O., Sukonnikov G.V.,Kuprijanovskij V.P. Cifrovaja zheleznaja doroga: perehod ot seti GSM-R k LTE-R i 5G-R - sostoitsja li? // International Journal of Open Information Technologies. 2017. Tom 5. №. 1, S. 71-80.

Поступила: 21.02.2017

Об авторах:

Попов Валентин Иванович, доктор физико-математических наук, профессор физики, Рижскии

техническии университет, popovs@latnet.lv Скуднов Владимир Алексеевич, кандидат технических наук, докторант, Рижскии технический

университет, vladimir.skudnov@sotus.net Васильев Алексей Сергеевич, магистр железнодорожных электросистем, Рижскии технический

университет; инженер в ГАО «Латвийская железная дорога», aleksejs.vasiljevs@ldz.lv Шевченко Алексей, магистр в области физической медицины, аспирант, Рижскии технический университет, alexey@cryptolab.net

Note on the authors:

Popov Valentin, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Riga Technical University, popovs@latnet.lv

Skudnov Vladimir, Candidate of technical sciences, doctoral student, Riga Technical University,

vladimir.skudnov@sotus.net Vasiliev Aleksej, master of railway electrical systems; The engineer of the electro technical equipment of

«Latvian Railway», aleksejs.vasiljevs@ldz.lv Shevtchenko Aleksej, Master of Science in Physical Medicine, currently studying for 1 course of doctoral studies, Riga Technical University, alexey@cryptolab.net