Есенин А.С., инженер ООО "МОСТКОМ"
Кузнецов С.Н.,директор центра ИТ ООО "Мостком"
Огнев И.В., заместитель технического директора ГРПЗ
Паршин А.А., инженер-программист ООО "Мостком"
Поляков С.Ю., директор ООО "МОСТКОМ"

КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ КАЧЕСТВА КАНАЛОВ ETHERNET
("Технологии и средства связи" #2/2006)

  Одним из направлений развития телекоммуникаций в настоящее время является все более широкое применение сетей Ethernet . Данный стандарт применяется уже не только в локальных вычислительных сетях, увеличивается его доля в каналах «последней мили», и сетях масштаба города. Кроме эволюции в отношении пространственных масштабов, технология Ethernet , двигаясь по пути предоставления услуг Triple Play и создания сетей NGN , все и для передачи разнородного трафика, обеспечивая голосового, видео и другие сервисы. Указанные тенденции поддерживаются еще и наличием широкого спектра коммуникационного оборудования для сетей Ethernet . Немаловажным фактором становится демократичная цена этого оборудования.

  Измеряя Ethernet -каналы

  Однако, наряду с тенденцией роста доли Ethernet каналов все более остро встает проблема их тестирования, в частности при сдаче каналов в эксплуатацию. Связано это с тем, что в таких сетях используется технология коммутации пакетов, которая значительно более сложна в анализе результатов по сравнению с традиционными синхронными цифровыми каналами. В нашей первой статье (см. журнал ТСС N 4 2005 г .) был предложен способ применения хорошо отработанной методологии тестирования синхронных каналов в анализе Ethernet соединений.

Как отмечалось в первой статье, существующие программные средства имеют ограниченные возможности тестирования вследствие зависимости от типа используемого компьютера и операционной системы. Предлагаемые на рынке простые аппаратные средства тестирования работают на физическом уровне, измеряя сопротивление, перекрестные наводки и другие характеристики кабельных линий. Следующий уровень оборудования представляет собой, как правило, дорогостоящие протокольные анализаторы, которые работают, начиная с 3 сетевого уровня согласно классификации OSI . Они не позволяют измерять параметры, соответствующие стандартным нормируемым параметрам в синхронных сетях, которые (несмотря на невозможность их полного переноса в сети пакетной передачи) являются достаточно информативными.

Анализ потенциальных решений выявил необходимость создания аппаратного тестера, обеспечивающего весь комплекс измерений, приведенный в [1] и независимого от какого-либо другого оборудования (персональные компьютеры и сетевые карты), что присуще любым программным измерительным комплексам и методикам.

В основу работы тестера была положена идея формирования детерминированного трафика Ethernet с его последующим анализом по аналогии с тестерами синхронных каналов. Такой подход позволил реализовать следующие возможности при измерении Ethernet каналов:

•  проведение измерений в конфигурации с одним тестером и физическим шлейфом, при тестировании каналов без коммутирующего и маршрутизирующего оборудования, например некоторых беспроводных линий связи;
•  измерение сложносоставных каналов Ethernet в конфигурации с двумя тестрами, подключенными к противоположным концам линии связи;
•  проведение измерений, как с нагрузкой, так и без нагрузки канала;
•  измерение параметров, установленных как зарубежными стандартами ( IEEE 802.3, Ieee 802.3 u , ITU - T I .380, ITU - T Y .1231, ITU - T Y .1541, RFC 2544), так и отечественными руководящими документами (РД.45.128-2000, РД.45.129-2000);
•  измерение параметров ES , SES , SDP и эквивалентного BER по аналогии с синхронными сетями;
•  измерение скорости и пакетного джиттера в реальном масштабе времени;
•  отображение параметров установленного соединения (скорость и дуплекс).

  Автономно и под управлением

  Конструктивно тестер ETest выполнен в виде моноблока, имеющего возможность от встроенных аккумуляторов. Тестер может функционировать как в автономном режиме, так и под управлением ПК через стык RS 232. В первом случае он управляется кнопочным пультом на передней панели по системе меню. Отображающим устройством является ЖК-индикатор. Для работы под управлением ПК в комплект поставки входит специализированное ПО, использование которого позволяет значительно расширить объем информации о канале. Особенностью является также возможность тестирования канала в автономном режиме в течение 24 часов от встроенного ИП с последующим анализом суточной динамики посредством ПК.

Самоконтроль тестера обеспечивается путем подключения к измерительном порту физического шлейфа. Он представляет собой вилку RJ 45 с замкнутыми парами контактов приема-передачи. В тестовом режиме работы собственная задержка прохождения пакетов (время полного обхода) составляет 200 нс.

В качестве примера рассмотрим использование тестера при измерении канала Ethernet в следующих конфигурациях:

- беспроводная оптическая линия связи Artolink типа МОСТ FE (АОЛС, FSO -оборудование) производства ГРПЗ;
- беспроводная линия 2.4 ГГц – оборудование стандарта 802.11 b DWL 9000 фирмы D - Link (радиомодем);
- беспроводная оптическая линия связи типа МОСТ FE с резервным.

  Все измерения проводились в лабораторных условиях и имели своей целью только анализ работы встроенных в оборудование интерфейсов, но не надежность канала в реальных условиях эксплуатации. Расстояние между блоками составляло несколько метров в условиях прямой видимости. Радиооборудование работало со встроенной антенной типа «штырь».

  Реальная скорость

  Радиомодем в силу ограничения канальной скорости имеет механизм ее лимитирования и соответствующий интерфейс на входе с собственным I Р-адресом. Поэтому для ее тестирования необходимо использовать два тестера. Измерение FSO оборудования можно проводить в конфигурации только с одним тестером, т.к. оно имеет прозрачный канал для любого трафика на полной скорости 100 Мбит/с. Для сопоставимости результатов все измерения проводились в конфигурации с двумя Тестер.

Измерения скорости передачи по радиомодему показали, что при интервале между пакетами менее 10000 байт уровень потери пакетов превышал 15%. Поэтому измерения проводились для межпакетного интервала 10000, 200000 и 300000 байт. FSO оборудование пропускает трафик при любом интале. Для него был выбран минимальный зазор в соответствии со стандартом, а максимальный установлен в 30000 байт. Результаты измерения количественных параметров оптических и радиолиний приведены в Таблице 1 и в Таблице 2 соответственно.

Таблица 1. Количественные параметры FSO -канала связи

Таблица 2 Количественные параметры беспроводного канала связи 2.4 ГГц

  Как видно из таблиц, передача Ethernet трафика через FSO оборудование позволяет достичь полной скорости передачи данных, заявленной в технологии Ethernet – 100 Мбит/с при минимальной вариации времени переноса пакетов. С другой стороны радиооборудование кроме наличия существенного уровня ошибок при межпакетном интервале 10000 байт, характеризуется большим значением вариации времени прохождения пакетов – до 30 мс. Результат, по-видимому, можно объяснить наличием фирменной технологии ограничения скорости передачи данных на входе радиомодема для согласования ее с канальной скоростью радиолинии. Предположительно происходит периодическое переполнение внутреннего буфера радиомодема при больших пакетных скоростях.

  Программное обеспечение тестера позволяет в реальном времени отобразить на экране компьютера, подключенном к нему через порт RS 232, параметры измеряемого канала связи. Это помогает оценить динамику скорости тестируемых каналов связи, как в процессе работы, так и при различных воздействиях, либо при восстановлении каналов после их прерывания.

  На Рис.1 приведены графики динамики передачи данных по FSO оборудованию и беспроводному каналу 2.4 ГГц для потока с тремя различными длинами передаваемых пакетов (46,512 и 1500 байт) при межпакетном интервале 10000 байт.

Рис.1 Динамика работы беспроводного канала 2.4 ГГц.

  В процессе измерений проводилось кратковременное прерывание питания одного из устройств образующих канал связи (широкий провал в графике текущей скорости). Кроме отключения питания приемопередатчика для FSO -линии проводилось кратковременное перекрытие оптического канала (вертикальные «просечки» в графике текущей скорости).На графиках видна также неравномерность скорости передачи, что объясняется потерями пакетов (см. Таблицу 2). Из графика видно, что данные потери имеют постоянный характер.

  Для FSO -канала аналогичные графики приведены на рис. 2.

Рис.2 Динамика работы FSO -канала c вязи.

  Интересные перспективы

  Интересные перспективы открывает использование ETest для анализа динамики гибридных каналов, например линии FSO + RF . Такие измерения дают объективную картину работы линий, которые имеют в своем составе устройства различающиеся как своей реализацией, так и механизмами их коммутации.

  На рис. 3 приведен график скорости передачи по гибридной линии связи, составленной из устройств, результаты измерения количественных параметров которых приведены. Измерения проводились при передаче пакетов длиной 46 байт и интервалом 10000 байт

Рис.3. Динамика переключений каналов в гибридной линии связи.

  На рисунке 3 отмечены несколько периодов работы гибридной линии.

  Первый период соответствует работе основного канала – FSO . Затем он был перекрыт и МОСТ FE автоматически переключился на резервный канал – радиомодем. Был отмечен крайне неравномерный характер скорости передачи. Этот эффект был устранен установкой металлического алюминиевого отражателя за штыревой антенной одного из радиомодемов. Но и в этом случае скорость передачи по радиолинии все равно оставалась все равно ниже, чем по оптическому каналу.

  Качество передачи данных по гибридной линии иллюстрирует рис. 4. Измерения проводились при передаче пакетов длиной 512 байт с интервалом 3000 байт.

  Работа над ошибками

  На рис. 4 наряду с графиком скорости приведена диаграмма временных интервалов ошибок канала по аналогии с синхронными сетями в соответствии с идеологией приведенной в [1] - ES , SES и SDP . Из диаграммы наглядно видно, что, кроме уменьшения скорости передачи при переходе на резервный канал, в нем постоянно присутствуют ошибки. Весь период работы канала содержит ES – секунды, частично пораженные ошибками. Темно-синяя линия на диаграмме отображает динамику эквивалентного BER , который в момент переключения на резервный канал резко увеличивается до значения, превышающего 10 -5 .

Рис.4. Динамика переключений каналов в гибридной линии связи и классификация временных интервалов работы.

  Измерения показывают, что ETest позволяет проводить комплексный анализ линий связи Ethernet .

  Набор параметров достаточен для выполнения следующих работ:

•  измерение реальной пропускной способности Ethernet каналов, включая беспроводные и гибридные;
•  оценка качества любых, в том числе и сложносоставных каналов связи Ethernet с целью формирования соглашения о качестве обслуживания;
•  выявление причин снижения качества связи каналов связи;
•  анализ динамики поведения каналов связи при различных воздействиях.

  Кроме того, тестер ETest применим для диагностики и настройки сетевых устройств различного рода, таких как коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконверторы, беспроводные линии связи. Это необходимо как операторам связи и провайдерам, так и разработчикам различного сетевого оборудования.

  Литература:

1.  Технологии и средства связи N 4. 2005 г .
2.  IEEE Std 802.3, 2000 Edition The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.