Строительные исследования
страница - 0
ГАРАНТИЯ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ (QOS) В КАНАЛЕ ИНТЕРАКТИВНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЦИФРОВОГО СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ.
Березин К. Ю. (kirillyb@ieee.org)
ЗАО НПП «САИТ»
Вступление.
Цифровое спутниковое телевидение приобрело большую популярность за последние 10 лет. В дополнение к обычным телепрограммам многие компании - операторы спутников предоставляют дополнительные услуги, такие как заказ телепрограмм, теле магазин и т.д., при помощи наземной телефонной сети. Однако, пропускная способность телефонной сети недостаточна для современных мультимедийные сервисов (например, ip-телефонии). Кроме того, в некоторых областях, охватываемых геостационарными спутниками, используемыми для телевещания, может отсутствовать телефонная сеть, а её прокладка оказывается весьма накладной. Использование спутникового ресурса для формирования канала интерактивного взаимодействия, позволяет избежать создания дорогостоящей наземной инфраструктуры; при этом возрастает скорость передачи данных.
Совместными усилиями ряда спутниковых операторов и производителей оборудования был создан стандарт на канал интерактивного взаимодействия для систем спутникового телевещания ETSI EN 301 790 [1]. Стандарт описывает физическую и логическую структуру канала. Также определяется, что канальный ресурс выделяется каждому из абонентов персонально и централизованно, но способ распределения оставлен за рамками стандарта. Способ распределения влияет на качество обслуживания предоставляемое абонентской станции, а именно, на гарантию выделения полосы, задержку пакета с данными, величину дрожания задержки.
На сегодняшний день в литературе описано множество алгоритмов распределения ресурсов канала для наземных сетей передачи данных предоставляющих гарантии качества обслуживания (например: WFQ[2], VirtualClock[3], HFSC[4] и т. д.). Непосредственное использование этих методик затруднено в силу того, что в отличие от наземной проводной линии в спутниковом канале совместного доступа:
1 . Возможно случайное разрушение данных во время передачи, связанное с местоположением станции;
2.Ресурсы канала распределяются центральной станцией;
3.Планировщик центральной станции обладает ограниченным знанием о прибытии данных на абонентскую станцию.
Цель данной статьи заключается в том, чтобы описать возможные варианты алгоритма распределения ресурсов интерактивного спутникового канала. Алгоритмы сравниваются по уровню гарантий качества обслуживания предоставляемых абоненту.
Дальнейшее изложение построено следующим образом. В части 2 определяется логическая структура интрерактивного канала стандарта ETSI EN 301 790. Часть 3 посвящена гарантии качества обслуживания и описанию потока данных. В части 4 приведено описание алгоритмов. В части 5 приведено сравнение алгоритмов. В заключение статьи представлены выводы и направления для дальнейшего исследования.
Модельная сеть.
На рисунке 1 представлена сеть, соотвествующая стандарту ETSI EN 301 790 (более подробный обзор [5]). Данные, передаваемые в прямом канале абонентской станции размещаются в потоке цифрового телевидения DVB/MPEG-2 ([6], [7]) центральной станцией (максимальная пропускная способность прямого канала с учетом коррекции ошибок составляет 45 Мбит/с). Интерактивный канал (далее возвратный канал), построен с использованием дисциплины совместного доступа с разделением по времени для многих частот (MF-TDMA), моменты выхода в эфир абонентских станций определяются планировщиком на центральной станции. Максимальная скорость передачи данных в возвратном канале составляет 2 Мбит/с. Готовые таблицы моментов передачи доставляются абонетам посредством прямого канала.
Для организации выхода в эфир по расписанию на каждой абонентской станции имеются часы, синхронизированные с центральной станцией. Процесс синхронизациии подобен применяемому в стандарте MPEG-2 [7] для синхронизации устройства декодирующего видеопрограмму.
Рисунок 1. Модельная спутниковая сеть.
Логическая структура возвратного канала состоит из трех уровней. Верхним уровнем иерархии, и, одновременно, периодом на который составляется расписание времен выхода в эфир абонентов, является суперкадр (максимальная длительность суперкадра чуть более 93 секунд). Следующим уровнем иерархии является кадр, который служит для упрощения адресации внутри суперкадра. Кадр не доступен для резервирования. На самом нижнем уровне иерархии находится слот. Слот является логической единицей передачи данных в обратном канале и может быть присвоен непосредственно абонентскрой станции. В качестве слота могут использоваться либо пакеты цифрового телевидения (длина - 204 байта), либо группы из одной и более ячеек ATM (длина каждой - 53 байта). Мы будем рассматривать слот состоящий из пакета цифрового телевидения. В качестве транспорта для данных будут рассматриваться протоколы семейства TCP/IP.
В общем случае абонент может передавать данные на многих частотах. Для каждой частоты строится своя иерархия уровней. Скорости передачи данных для каждой из частот могут отличаться, но моменты начала суперкадров и начала кратных слотов должны совпадать (см. рис. 2). Слоты могут резервироваться как на одной частоте, так и на нескольких частотах, при условии отсутствия наложений со слотами, выделенными для данной станции на других частотах. Далее будет рассматриваться только одночастотная модель.
суперкадр
суперкадр
частота 1 частота 2 частота 3
частота 4
i | садр 4 | ] | кадр 5 | J | |
кад | у ка | др | кадр | ||
1
1
L
0 1время,
а) многочастотное резервирование.
частота 1 частота 2 частота 3
частота 4
кадр 4
1
кадр 1
L
слот
кадр 5
1
кадр 2
1
кадр 3
1
1
"в 1время,
b) одночастотное резервирование
Рисунок 2. Логическая структура канала. Стрелками показана последовательность
выделения слотов.
Итак, модельная сеть имеет топологию вида звезда. Для передачи данных используется одна частота, минимальной единицей резервирования является слот, график выхода абонентов в эфир составляется на время одного суперкадра.
Требования качества обслуживания. Характеристика потока данных.
Требования качества обслуживания.
Под качеством обслуживания абонента в сети мы будем рассматривать:
1.Гарантию выделения полосы - за некоторый период времени абоненту будет выделено столько слотов, сколько было им предварительно заказано.
2.Гарантию задержки - абоненту гарантируется, что пакеты с данными могут быть задержаны на время не превышающее предварительно заказанного значения;
3.Гарантию изоляции потоков - гарантируется, что на поток данных, передаваемый абоненту не влияют другие потоки текущие в сети;
4.Гарантию честности обслуживания - неиспользуемый ресурс канала может быть распределен среди активных абонентов пропорционально выделенной им полосе. При подключении новых пользователей или изменении требований к полосе, эта дополнительная полоса будет изъята. Полученый таким образом избыточный ресурс не должен зачитываться как часть гарантированно выделяемой пользователю полосы (п. 1 ), его следует рассматривать, скорее, как подарок со стороны поставщика услуги.
Сегодня проблема гарантии качества обслуживания хорошо исследована для случая проводных сетей. Однако, спутниковые сети, соответвующие стандарту EN 301 790, отличаются от проводных сетей.
Во - первых, дисциплина совместного доступа MF-TDMA гарантирует, что станция будет передавать данные в полном одиночестве (отсутствие состязании).
Во - вторых, в спутниковой системе связи возможно появление случайных одиночных или групповых ошибок связанных с изменением состояния среды передачи и влияющих только на отдельные станции, а не на все, как это было бы в случае проводных сетей (случайные ошибки, связанные с местоположением).
И, наконец, из-за централизованного распределения слотов, к моменту начала суперкадра состояние потока данных на абонентской станции может измениться (отсутствие полной информации о потоке данных на абонентской станции).
Запрос о резервировании полосы подается на центральную станцию абонентом заранее, с учетом возможных изменений исходящего потока. Пакеты с данными появляются в произвольные моменты времени, никак не связанные с моментами начала слотов. Поэтому, готовый к отправке абонентской станцией пакет, может ожидать еще некоторое время слота для отправки. Значение времени ожидания будет изменяться во времени. В следствие этого будет дрожать задержка пакета с данными. Дрожание можно уменьшить только за счет увеличения резерва полосы. В этом заключается еще одно существенное отличие
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3]