СПОСОБ ПРОВЕРКИ ВИРТУАЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ДАННЫХ С ЗАДАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Российский патент 2013 года по МПК H04L1/00 

Изобретение относится к способу проверки виртуального соединения, применяемого при использовании мультимедиа услуг, таких как IP-телефония, видеоконференцсвязь, и может быть использовано для проверки показателей качества предоставляемого виртуального соединения как в локальных, так и в глобальных компьютерных сетях, в которых связь между абонентами осуществляется путем передачи пакетов данных в соответствии с принципами организации стека протоколов TCP/IP.

Известен аналог № US 2004160979 H04L 1/00; H04L 29/06; Н04М 7/00; H04L 12/56, опубл. 19.08.2004. Известный способ заключается в том, что предусматривают адаптивный кодек, способный передавать непрерывный голосовой поток и имеющий информацию о скорости передачи данных источника и полосе пропускания канала, осуществляют проверку канала передачи голосового потока для получения одного параметра качества, определяют одно ограничение, связанное с передачей голосового потока, адаптируют скорость передачи данных источника и полосу пропускания канала как функцию параметра качества и ограничивающего фактора для получения максимального значения качества получаемого сигнала во время передачи непрерывного голосового потока. Параметром оценки качества передачи речи в указанном способе используется максимальное число медиасимволов в кодовом слове, максимальная длина кодового слова, задержка сети, фактор ухудшения задержки, фактор потерь пакетов, измеренный фактор искажения сигналов.

Недостатком аналога № US 2004160979 является узкая область применения, что обусловлено ее предназначением, в основном, для IP-телефонии. Предлагаемое решение не позволяет осуществлять проверку показателей качества виртуального канала для передачи мультимедийных данных (видеоконференцсвязь), таких как задержка пакета, джиттер, размер передаваемого кадра, процент потерь пакетов транспортным протоколом. Аналог не позволяет проверить пригодность виртуального канала для предоставления мультимедийной услуги и контролировать виртуальный канал на предмет качества предоставляемой услуги в процессе работы.

Кроме того, в аналоге управляющее воздействие заключается в смене типа используемого кодека, в предлагаемом решении расширены управляющие воздействия за счет изменения размера передаваемых кадров, изменения параметров алгоритмов обслуживания очередей в коммуникационных устройствах, сброса вновь поступающих вызовов.

Известен «Способ адаптации параметров кодека и передачи речевого сигнала в сети с коммутацией пакетов» патент №2402879 от 27.10.2010 2008146436/09, 24.11.2008, опубликовано: 27.10.2010 Бюл. №30, указанный способ принят за прототип (вариант 1, вариант 2).

Вариант 1: при котором устанавливают начальные параметры кодека и передачи речевого сигнала, а также допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют поиск оптимальных для текущего соединения параметров кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала. В случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на изменение качества речевого сигнала, вновь осуществляют поиск оптимальных параметров кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают их как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала.

Отличием предложенного способа является то, что вычисление изменения качества речевого сигнала производят на основе расчета фактора рейтинга (R-фактор) Е-модели, а параметры кодека и передачи речевого сигнала, оптимальные для текущего соединения, ищут методом покоординатного спуска, используя в качестве целевой функции R-фактор.

Вариант 2: при котором устанавливают допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала. В случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на изменение качества речевого сигнала, вновь осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала.

Недостатком «Способа адаптации параметров кодека и передачи речевого сигнала в сети с коммутацией пакетов» 2008146436/09, 24.11.2008 является узкая область применения, что обусловлено ее предназначением, в основном, для IP-телефонии. Предлагаемое решение не позволяет осуществлять проверку пригодности параметров виртуального канала для передачи мультимедийных данных (например, видеоконфренцсвязь), таких как задержка пакета, джиттер, размер передаваемого кадра, параметры алгоритма обслуживания на коммуникационных устройствах. Предлагаемое решение не позволяет проверить пригодность виртуального канала предоставления мультимедийной услуги и контролировать виртуальный канал на пригодность предоставления мультимедийной услуги в процессе работы.

Кроме того, в аналоге управляющее воздействие заключается в смене типа используемого кодека, в предлагаемом решении расширены управляющие воздействия за счет изменения размера передаваемых кадров, изменения параметров алгоритмов обслуживания очередей в коммуникационных устройствах, сброса вновь поступающих вызовов.

Задачей изобретения является проверка пригодности пропускной способности канала связи для передачи мультимедиа данных методом тестирования сети пониженной и повышенной нагрузкой, в ходе которого определяют граничные значения количественных показателей (времени отклика) мультимедиа канала связи для пониженной и повышенной нагрузки, расчет допустимых количественных показателей (времени отклика) мультимедиа канала связи, контроль количественных показателей мультимедиа канала связи в условиях неизвестной и нестабильной пропускной способности и наличия случайных потерь, передаваемых кадров в виртуальном канале, в случае выхода за допустимые значения показателей качества мультимедиа соединения, реализация управляющего воздействия путем выбора рационального размера передаваемого кадра, выбора параметров алгоритма обслуживания очередей на коммуникационном оборудовании, сброс вновь поступающих заявок на предоставление услуги.

Эта задача решается тем, что устанавливают допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие, с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала, в случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на изменение качества речевого сигнала, вновь осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала. До процесса мультимедиа соединения определяют показатели качества для виртуального соединения, такие как время задержки, джиттер, размер передаваемого кадра, процент допустимой потери пакетов транспортным протоколом, осуществляют тестирование виртуального соединения пониженной и повышенной нагрузкой, в ходе которого определяют граничные значения показателей качества виртуального соединения для пониженной и повышенной нагрузки, осуществляют расчет допустимых значений показателей качества виртуального соединения, после чего в процессе мультимедиа соединения контролируют показатели качества виртуального соединения, в случае превышения контролируемых показателей качества виртуального соединения допустимых значений осуществляют управление параметрами виртуального соединения путем изменения размера передаваемого кадра, изменение параметров алгоритма управления очередями на коммуникационных устройствах, сброса нагрузки с коммуникационных устройств.

Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными на фигурах 1-2 на которых показаны:

фиг.1 - Структурная схема программно-аппаратного комплекса для проверки показателей качества виртуального соединения для передачи мультимедийных данных с заданными характеристиками;

фиг.2 - Блок-схема способа проверки виртуального соединения для передачи мультимедийных данных с заданными характеристиками.

На фиг.1 представлена структурная схема программно-аппаратного комплекса проверки показателей качества виртуального соединения для передачи мультимедийных данных с заданными характеристиками, включающая в себя следующие основные составляющие:

- клиент мультимедийной службы фиг 1 (I, II) представляет собой пользовательскую рабочую станцию, на которой установлено программное обеспечение, позволяющее организовать мультимедийное взаимодействие (например, программное обеспечение для организации IP-телефонии, видеоконференцсвязи),

- транспортная составляющая фиг.1 (III) представлена основным коммуникационным оборудованием (маршрутизаторами, коммутаторами), осуществляющим транспортировку мультимедийных данных,

- подсистема тестирования и контроля фиг.1 (IV) осуществляет тестирование виртуального соединения транспортной среды, расчет допустимых значений показателей качества виртуального соединения, контроль показателей качества виртуального соединения для своевременного выявления ухудшения состояния виртуального соединения, организации управляющего воздействия, информирования администратора, организации управляющего воздействия.

Блок-схема способа проверки показателей качества виртуального соединения для передачи мультимедийных данных с заданными характеристиками (фиг.2) состоит из следующих элементов:

- Блок №1: Определяют показатели качества виртуального соединения для мультимедиа соединения, такие как: время задержки Т, джиттер t, размер передаваемого кадра L, процент допустимой потери пакетов транспортным протоколом Er. При этом администратор принимает решение, какие из представленных показателей значимы, с целью их последующего контроля.

- Блок №2: Осуществляют тестирование виртуального соединения пониженной и повышенной нагрузкой. В процессе тестирования запускается сеанс мультимедийной службы (видеоконференции), например на испытательном стенде, представленном на фиг.1, осуществляется нагрузочное тестирование виртуального соединения, с целью определения нижних и верхних граничных значений показателей качества виртуального соединения согласно блоку №3. Нагрузочное тестирование осуществляется любым процессом, занимающим программно-аппаратный ресурс объектов, составляющих виртуальное соединение мультимедийной службы, представленное на фиг.1. В качестве такого процесса выступает, например, процесс передачи файлов по протоколу FTP.

- Блок №3: Определение граничных значений показателей качества виртуального соединения для пониженной и повышенной нагрузки:

Min: (Т, t, L, Er), Max: (Т, t, L, Er)

В ходе тестирования соединения контролируют показатели качества виртуального соединения для режима пониженной нагрузки Min: (Т, t, L, Er), в условиях, когда транспортная составляющая занята только передачей мультимедийных данных - минимальная загрузка виртуального соединения. Кроме того, в процессе передачи мультимедийных данных нагружается виртуальное соединение до максимального значения и осуществляется определение верхних граничных значений показателей качества виртуального соединения Мах: (Т, t, L, Er).

- Блок №4: Расчет допустимых значений показателей качества виртуального соединения. Допустимые значения рассчитываются исходя из следующего выражения:

Dop: (Т, t, L, Er) = (Мах:(Т, t, L, Er) + Min: (Т, t, L, Er))/2.

Значение параметров Dop: (Т, t, L, Er) является основой для принятия решения о допустимости функционирования мультимедиа службы в сегменте.

- Блок №5: В процессе функционирования осуществляется контроль текущих значений показателей качества виртуального соединения (Т, t, L, Er), полученных в ходе функционирования сеанса мультимедийной связи и допустимым значениям Dop: (Т, t, L, Er), полученным в блоке №4:

(Т, t, L, Er) > = Dop: (Т, t, L, Er).

В случае если условие не выполняется, цикл контроля завершается.

- Блок №6: Управление параметрами виртуального соединения.

В случае если условие (Т, t, L, Er) > = Dop: (Т, t, L, Er) выполняется, осуществляется реализация управляющего воздействия путем изменения размера передаваемого кадра, изменение параметров алгоритма управления очередями на коммуникационных устройствах (коммутаторах, маршрутизаторах), сброса нагрузки с коммуникационных устройств, информирования администратора.

Для проверки виртуального соединения необходимо осуществить построение физического сегмента тестируемой сети согласно структурной схеме программно-аппаратного комплекса (фиг.1), провести тестирование виртуального соединения с целью выявления показателей качества виртуального соединения.

Заявленный способ реализуют следующим образом.

Пусть в процессе информационного взаимодействия построен сегмент сети, представленный на фиг.1, и организовано виртуальное соединение для организации видеоконференции.

Реализация заявленного способа осуществляется согласно фиг.2.

- Блок №1: Администратор принимает решение о значимости представленных показателей, контроль которых будет осуществлен. При этом для контроля качества показателей функционирования определен основной показатель, такой как время задержки Т, остальные показатели, такие как джиттер t, размер передаваемого кадра L, процент допустимой потери пакетов транспортным протоколом Er, вынесены в ограничение и не рассматриваются для этого частного случая.

- Блок №2: Осуществляют тестирование виртуального соединения пониженной и повышенной нагрузкой, в процессе которого запускается сеанс мультимедийной службы, например на типовом стенде, представленном на фиг.1, осуществляется нагрузочное тестирование виртуального соединения путем передачи данных с интенсивностью запросов в диапазоне от 10 до 1000 запросов/с, критерием завершения тестирования по верхней границе является ухудшение сеанса мультимедийной службы, возрастание количества потерянных пакетов при транспортировке данных.

- Блок №3: Определяют граничные значения показателей качества виртуального соединения для пониженной и повышенной нагрузки.

Минимальные значения для времени задержки Т определены с помощью тестовых ICMP запросов, посылаемых утилитой ping, реализация которой присутствует в операционной системе. При этом минимальной значение среднего времени задержки получено Т=50 мс. Получение этого значение осуществлялось на стенде фиг.1, при запущенном процессе взаимодействия пользователей в ходе организации мультимедиа услуги - видеоконференции.

Максимальное значение времени получено при запущенном процессе взаимодействия пользователей при организации видеоконференции, в ходе которого осуществляется тестирование виртуального соединения интенсивностью запросов в диапазоне от 10 до 1000 запросов/с, при удовлетворительной работе сервиса видеоконференции. Граничные значения времени ответа получены Мах: Т=150 мс.

- Блок №4: Расчет допустимых значений показателей качества виртуального соединения. Допустимые значения рассчитываются исходя из следующего выражения:

Dop: (Т)=(150+50)/2=100 мс.

Значение параметров Dop: (Т) является основой для принятия решения о пригодности виртуального канала для функционирования мультимедиа службы в сегменте.

- Блок №5: Затем в процессе функционирования сервиса видеоконференции осуществляется контроль текущих значений показателя времени ответа Т, полученных в ходе функционирования сеанса видеоконференции и их сравнение с допустимым значением Dop: Т=100 мс, полученным в блоке №4. Поскольку текущие значения времени ответа Т, полученные в ходе функционирования сеанса видеоконференции, составили Т=75 мс, поверяется соответствие условию (Т > = Dop: (Т)), которое не выполняется, следовательно, цикл контроля завершается.

- Блок №6: В случае если условие (Т > = Dop: (Т)) выполняется, осуществляется реализация управляющего воздействия путем изменения размера передаваемого кадра, изменения параметров алгоритма управления очередями на коммуникационных устройствах (коммутаторах, маршрутизаторах), сброса нагрузки с коммуникационных устройств, информирования администратора.

Выше были подробно описаны некоторые варианты осуществления и преимущества настоящего изобретения, однако следует понимать, что оно допускает изменения, замены, модификации, вариации и альтернативы, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения.

Настоящее изобретение может найти широкое применение в распределенных компьютерных сетях, имеющих широкое распространение в школах, больницах, государственных органах различного уровня, предприятиях различного масштаба, частных компьютерных сетях, имеющих распределенные удаленные филиалы и применяющих в своей работе современные мультимедийные службы, такие как видеоконференция, IP - телефонии.

Способ проверки виртуального соединения для передачи мультимедийных данных с заданными характеристиками относится к способу проверки виртуального соединения, применяемого при использовании мультимедиа услуг, таких как IP-телефония, видеоконференцсвязь, и может быть использовано для проверки показателей качества предоставляемого виртуального соединения как в локальных, так и в глобальных компьютерных сетях, в которых связь между абонентами осуществляется путем передачи пакетов данных в соответствии с принципами организации стека протоколов TCP/IP. Технический результат - проверка пригодности виртуального канала связи для передачи мультимедиа данных. Проверка пригодности виртуального канала осуществляется методом тестирования канала пониженной и повышенной нагрузкой, в ходе которого определяют граничные значения количественных показателей качества виртуального канала передачи данных для пониженной и повышенной нагрузки, расчет допустимых показателей качества виртуального канала связи, контроль показателей качества виртуального канала связи в условиях неизвестной и нестабильной пропускной способности и наличия случайных потерь, передаваемых кадров в виртуальном канале. В случае выхода за допустимые значения текущих показателей качества виртуального канала, формируется управляющее воздействие путем выбора рационального размера передаваемого кадра, выбора параметров алгоритма обслуживания очередей на коммуникационном оборудовании, сброса вновь поступающих заявок на предоставление услуги. 2 ил.

Способ проверки виртуального соединения для передачи мультимедийных данных с заданными характеристиками, заключающийся в том, что устанавливают допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие, с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала, в случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на изменение качества речевого сигнала, вновь осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала, отличающийся тем, что до процесса мультимедиа соединения определяют показатели качества для виртуального соединения, такие как время задержки, джиттер, размер передаваемого кадра, процент допустимой потери пакетов транспортным протоколом, осуществляют тестирование виртуального соединения пониженной и повышенной нагрузкой, в ходе которого определяют граничные значения показателей качества виртуального соединения для пониженной и повышенной нагрузки, осуществляют расчет допустимых значений показателей качества виртуального соединения, после чего в процессе мультимедиа соединения контролируют показатели качества виртуального соединения, в случае превышения контролируемых показателей качества виртуального соединения допустимых значений осуществляют управление параметрами виртуального соединения путем изменения размера передаваемого кадра, изменение параметров алгоритма управления очередями на коммуникационных устройствах, сброса нагрузки с коммуникационных устройств.