Измерительное оборудование, радиоизмерения и обработка результатов, планирование сетей 3G - DMTel - ООО "ДМТ"

Система мониторинга сетей IP/MPLS Symmetricom состоит из выделенных пробников (Q-Probe), программных пробников V-Factor agent и центрального ПО Q-Advisor. Система обеспечивает: Поддержку активной и пассивной схем тестирования сети как с помощью создания тестового трафика между Q-Probe так и с помощью мониторинга трафика, проходящего через сеть (IPTV, VoIP, VoD) Поддержку проверки SLA для трафика данных, VoIP, пакетного видео (выставление оценки качества голоса в VoIP, картинки в IPTV) Высокую точность измерения временных параметров (задержки, латентность, джиттер) Поддержку необходимых классов трафика (гибкая настройка тестовых потоков для проверки SLA для IP трафика, поддержку большнства голосовых кодеков, MPEG-2, MPEG-4 для видео) Мониторинг всех основных KPI определенных IETF (RFC 2330, 2544) ITU (Y1541, G.107.) ETSI 101290 Централизованное управление всей системой через Web интерфейс Централизованное хранение схем и результатов тестов

Связь между Q-Probe и Q-Advisor осуществляется при помощи безопасных соединений с порта управления. При этом Q-Probe буферизуют информацию для минимизации нагрузки на сеть.

При использовании программных агентов V-Factor Agent, агенты управляются через промежуточный выделенный пробник Q-Probe по SNMP, пробник же буферизует полученную информацию и отправляет ее для обработки и хранения на сервер Q-Advisor. 

Пробники Q-Probe

Q-Probe – пробники предназначенные для проведения тестов. Возможно использование активной и пассивной схем тестирования. 

Пробники NetWarrior это промышленные компьютеры предназначенные для монтажа в стойку 19’’. Возможно использование питания 220В или 48В. Для повышения надежности пробники не оборудованы жесткими дисками (вместо них используется flash память). Q-Probe (за исключением Q-1000) работают под управлением Linux. Q-1000 работает под управлением Windows XP.

Для обеспечения высокой точности измерений Q-Probe могут быть оборудованы

• Дополнительными часами с высокой стабильностью
• GPS приемниками для возможности синхронизации от GPS

Пробники можно разделить на две категории 

• пробники, предназначенные для сетей 3Play (Q-101, Q-200)
• пробники, предназначенные для мониторинга качества видео и голоса в IP сетях (Q-400, Q-1200)

Так же необходимо отметить анализатор видео Q-1000 предназначенный не столько для мониторинга сколько для анализа видео в лабораторных условияз.

Пробники предназначенные для мониторинга 3Play обеспечивают:

• Полный набор тестов (данные, VoIP, IPTV). При этом Q-101 обеспечивает мониторинг до 50 каналов SD MPEG-2 одновременно, Q-200 до 100 каналов SD MPEG-2 
• одновременную работу любй комбинации тестов
• До 256 одновременно работающих тестов
• Возможность выполнять функцию сервера времени для других пробников (Q-200)
• Синхронизацию от GPS (Q-200) или от других пробников при помощи протоколв синхрониза-ции QTP
• 1 или 2 порта GigE для тестов (1000Base-TX, 1000 Base-SX)
• 1 порт для управления и обмена данных с Q-Advisor

Пробники предназначенные для мониторинга видео обеспечивают:

• Высокую производительность в тестировании мультимедийного трафика (VoIP, IPTV). Так Q-400 обеспечивает мониторинг до 400 каналов SD MPEG-2 одновременно, Q-1200 обеспечивает анализ картинки на 16ти каналов и дополнительно анализ на уровне потока MPEG-2TS до 100 каналов SD MPEG-2 
• хранение фрагментов некачественного видео сигнала (созхраняется копия фрашментов потока, качество которых ниже заранее определенного уровня) 
• 1 или 2 порта GigE для тестов (1000Base-TX, 1000 Base-SX)
• тестовые порты 10GE
• 1 порт для управления и обмена данных с Q-Advisor

Пробник Q-1000 Обеспечивает

• анализ качества цифровых видео потоков SDI (SD/HD)
• сравнительный анализ качества видео роликов с полной реконструкцией картинки (покадровое выранивание роликов и покадровое сравнение с использованием набора алогритмов для оценки разнообразных параметров качества)  

ПО Q-Advisor

Центральное ПО Q-Advisor предназначено для:

• централизованного управления всеми пробниками, что включает в себя
• настройку пробников
• мониторинг состояния пробников
• мониторинг загрузки процессоров пробников
• запуск и остановку тестов
• централизованного определения и хранения схем тестирования
• запуска тестов в постояном режиме, либо по расписанию или по желанию оператора
• хранения и обработки результатов тестов
• сбора и хранения сообщений об ошибках (alarm)
• определения и хранения соглашений о качестве обслуживания (SLA)
• оповещения операторов в случае обнаружения проблем в сети
• создания отчетов о проведеных тестов (возможно создание отчетов в реальном времени)
• сопряжения с установленной системой OSS с помощью стандартных протоколов (SOAP/XML)
• Отправки сообщений системам SQM/Alarm management по SNMP (SNMP trap/inform) 

Архитектура Q-Advisor

Q-Advisor основан на платформе Java и работает на платформе Linux (RedHat Enteprise Linux). Работа с Q-Advisor осуществляется через Web интерфейс.

Q-Advisor доступен в двух версиях

• Professional - поддерживает работу до 50ти пробниов
• Expert – поддерживает работу до 250 пробников 

Q-Advisor состоит из следующих компонентов

• Collector – модуль, предназначенный для сбора информации с пробников
• BackEnd – модуль, ответственный за долгосрочное хранение информации и интерфейс с базой данных
• FrontEnd – модуль, ответственный за обработку информации и построение отчетов (обеспечения интерфейса к системе)
• WebServices – интерфейсный модуль для сопряжения с внешними системами (SOAP/XML)

В качестве web сервера используется Tomcat. В качестве СУБД может использоваться любая реляционная СУБД. По умолчанию используется бесплатная система MySQL. 

Q-Advisor поддерживает резервирование 1+1. При этом используется два одинаковых сервера (master/slave). Основной сервер используется для сбора инфромации с пробников и наполнения базы банных. Резервный сервер поддерживает свою базу в актуальном состоянии и может ипользоваться для генерации отчетов о тестах.

Определение тестов

Тесты могут настраиваться при помощи сценариев (XLS, XML). 
Для удобства использования тесты группируются по принципу

• Сценарий (включает в себя несколько приложений)
• Приложение – обязательно одного из стандартных типов (IPPM, RTP, V-Factor) включает в себя не-сколько test suite
• Test suite включает в себя один или несколько тестовых потоков.

Одно приложение может включать в себя, скажем, измерение SLA для одного типа трафика на всех пробах.

Первоначальный запуск системы предполагает одновременную настройку большого количества тестов. Данную работу мы готовы провести при помощи наших инженеров.

Отчеты и сообщения

Q-Advisor включает в себя систему оповещения о сбоях и модуль отчетов.

Система оповещения основана на соглашениях об уровне сервиса для каждого теста. То есть каждому тесту может быть поставлено в соответствие одно или несколько SLA, при нарушении которых оператор будет оповещен. SLA поерделяется заданием пороговых значений для одного либо нескольких измеряемых в тесте ключе-вых параметров (KPI).
 
Модуль отчетов удобен для просмотра статистики и поиска неисправностей. Доступны готовые шаблоны отчетов, так же предусмотрена возможность создания своих форм отчетов.

Отчеты могут быть выведены в виде таблиц, либо в виде графиков

Периодические отчеты

Q-Advisor позволяет периодически отправлять сводные отчеты за (за день, за неделю либо за месяц). Возможна доставка таких отчетов по email. Отчеты носят интегральный характер и описывают процент времени, в кото-рый SLA выполнялось или не выполнялось. Отчеты отправляются в формате PDF

Приложения системы

Мониторинг качества IP сети ( IPPM)
Это основной тест для мониторинга качества работы IP сети — как правило используется в ядре и аггрегацион-ных кольцах.

В данном тесте между пробниками создаются тестовые потоки с заданными характеристиками (протокол, размер кадров, характер передачи кадров, временной интервал между кадрами, поле ToS/DSCP). 

В каждый пакет передающий пробник помещает метку времени, опеисывающую момент передачи пакета, а так же номер пакета. Принимающий пробник сравнивает временную метку с показаниями своих часов, номер пакета с номерами полученных ранее пакетов и оперделяет основные KPI для трафика данных: 

• задержка
• джиттер
• вероятность потери пакета
• приход дубликата пакета
• пакеты, пришедшие с нарушением порядка

В силу анизотропии пакетных сетей, измерения следует проводить однонаправленными потоками. А именно, т.к. параметры трафика, проходящего от пробника А к пробнику B могут отличаться, от параметров трафика, проходящего от пробника B к пробнику A то эти потоки следует разделять и измерять соотвествующие KPI раздельно. Особенно это важно для сетей с заведомо несимметричной загрузкой, например содержащиз узлы с серверами VoD, трафик от которых может быть значитльным и приводить к перегрузке каналов и потерям пакетов. В то же время трафик к этим узлам может быть незначительным и каналы могут быть незагруженными.

Отметим, что для проведения точных измерений (погрешность не хуже 0,5мс):

• Пробники должны обладать стабильными часами (фаза и частота во время прохождения теста должны колебаться незначительно).
• Пробники должны находиться в состоянии синхронизма. При этом протокол NTP, в силу ряда причин, не позволяет достичь нужного качества стинхронизации. Пробники Q-Probe используют про-токол QTP разработанный Symmetricom, а дальнейшем планируется использованр Precise Time Pro-tocol (PTP) и Carrier Class NTP.  

Тестирование мультикаст IP потоков — MIPPM
В целом, данное приложение аналогично IPPM, за тем исключением, что передающий пробник создает мультикаст поток. Принимающий пробник при помощи IGMP присоединяется к вещанию и анализирует ключевые параметры трафика. 

Данная схема как правило односторонняя и предназначеня не столько для мониторинга сети сколько для поиска несиправлностей и проверки возможности заппуска дополнительных каналов IPTV.

Мониторинг IPTV 
QoSMetrics позволяет оценивать качество каналов закодированных с помощью MPEG-2 и MPEG-4 как в SD так и в HDTV качестве. При этом,  Пробник присоединяется к Multicast группе при помощи IGMP (поддержка версий IGMP v1/2/3).  Каждый транспортный поток (MPEG2 Transport Stream) разбирается на PAT, PMT и отдельные видео и аудио потоки, затем анализируется качество картинки и аудио сигнала.

Для каждого потока собирается статистика соглачно ETSI TR101290 Priority 1.2 (в планах так же priority 3).
Так же для каждого потока выставляются интегральные оценки:

• V-Factor – качество видео
• MOS – качество звуковой дорожки (для каждого канала отдельно)
• Quant – параметр характеризующий степень сжатия опорных кадров (I-Frame) 

Пример оценки качества видео с помощью V-Factor

   V-Factor = 4

  V-Factor = 3

  V-Factor = 1

Оценка V-Factor выставляется на основе:

• деградации качества вносимой кодеком
• деградации качества вносимой сетью (потеря пакетов, задержки, вариация задержек)
• сложности картинки (энтропия)

V-Factor отражает такие видимые симптомы плохого качества как:

• замирание картинки или неравномерная скорость движения объектов (заторможенность, скачки)
• потеря тонких деталей картинки (размывание) связанная с высокой степенью сжатия
• распад картинки на квадраты
• шумы (случайные пиксели, возникающие на границах движущихся предметов или на однородном фо-не)
• эффекты при которых часть картинки может не обновляться или обновляться слишком медленно 

Для оценки V-Factor используется модель MPQM (Moving Picture Quality Metrics)

 

MPQM отвечает за то, чтобы факторы существенные при передаче каждого отдельного кадра и не обязатаельно важные для наблюдаемого видео изображения корректно учитывались (т.е. рассматривает не каждый кадр в отдельности, а цепочку кадров).

Модель работает и при видео сигнале закодированным системами условного доступа, при этом необходимо чтобы сам транспортный поток MPEG Transport Stream не был зашифрован.

Дополнительно к V-Factor пробник Q-1200 способен оценивать субьективные параметры качество видео

• заморозки картинки (video freeze)
• блочность (наличие различимых взглядом «квадратиков»)
• черный экран — пропадание видео при нормальных заголовках потока MPEG-2TS
• минимальную и максимальные скорости видео и аудио потоков для VBR трафика — необходимо для контроля кодеров и гарантии того, что видео потоки будут проходить через ADSL каналы по-следней мили

Q-1200 так же способен сохранять фрагменты поврежденного видео сигнала.

Оценка качества видео каналов – характеристики низкого уровня

Доступна для изучения статистика по ошибкам транспортного потока (ETSI 101290)

Тестирование SIP
Данное приложение предназначено для контролья качества SIP вызовов внутри сети а так же доступности SIP серверов. При его использовании пробники регистрируются на заранее определенных SIP серверах и п заранее определенному расписанию совершаюти вызовы друг на друга. При этом между пробниками пересылается трафик, имитирующий работы наиболее распространенных кодеков, таких как G.711 или G.729.

В тестах замеряются такие параметры как:

• Доступность SIP сервера
• Причина отказа в обслуживании
• Доступность удаленного пробника (возможность установки RTP соединения)
• Качество голосового канала (задежрка, джиттер, потери, MOS) 

Пассивное тестирование мультимедийного трафика
Данное приложение используется при необходимости мониторинга качества большого количества VoIP соединений либо VoD трафика. Каждый пробник способен одновременно выполнять либо активные либо пассивные тесты. В пассивной схеме пробники включаются в порты мониторинга коммутаторов доступа либо при помощи пассивных ответвителей.

В данной схеме работы пробники анализируют весь трафик, попадающий на тестовые порты, выделяют из него видео потоки и VoIP сессии и оценивют их качество. При этом голосовым сессиям выставляется оценка MOS, видео сессиям V-Factor. При оценке качества V-Factor не принимаются в расчет параметры связанные с работой кодеков (т.к. при передаче трафика VoD в этом нет особой необходимости, поскольку качество контен-та уже оцениватся на этапе загрузки в базу данных).

Анализ качества видео у абонента — V-Factor агенты
V-Factor агенты это програмные пробники работающие непосредственно на STB и предназначенные для оценки качества видео непосредственно у абонента. В зависимости от мощности процессора STB агенты могут выставлять либо оценку V-Factor (и замерять все соответствующие параметры) либо оценку V-Faсtor Lite, основанную только на сетевых параметрах видео потоков. 

Агенты управляются по SNMP и взаимодействуют с выделенным пробником Q-400 (сервером агентов). Сервер используется для запуска и остановки агентов, а так же для сбора информации от агентов, кэширования и дальнейшей передачи на Q-Advisor. Агенты создают минимальную нагрузку на сеть, отправляя собранную статистику, как правило, 1 раз в минуту одним сообщением SNMP trap. 


Анализ видео на основе полностью реконструированной картинки — пробник Q-1000
Пробник Q-1000 это лабораторный прибор предназначенный для:

• отладки кодеров и траснкодеров
• поиска проблем на головных станциях
• мониторинга входящих каналов SDI

Q-1000 способен анализировать непосредственно рекунструированную картинку и за счет этого способен работать с любыми форматами видео. Поддерживаются два основных подхода к анализу видео:

• Анализ без опорного сидео сигнала
  Данные алгоритмы ищут основные артефакты приводящие к ухудшению качества канала (размытость, блочность, неравномерность движения). С их помощью можно следить за качеством SDI каналов в случае если предположительно данные каналы могут быть невысокого качества.
• Анализ на основе опорного ивдео сигнала
  Данный алгоритм предназначен для посика источников деградации качества видео на головных станциях либо в цом в сети. При этом сигнал прошелший через сеть сравнивается в эталонным сигналом переданным в сеть по обширному набору ключевых индикаторов.  

Схемы синхронизации и точность измерений
Система предназначена для выполнения измерений качества передачи информации реального времени. Такие измерения требуют высокой точности (временные параметры должны измеряться с точностью не хуже чем 1мс). Для обеспечения такой точности требуется

• наличие на пробниках внутренних часов обеспечивающих краткосрочную и долгосрочную стабильность
• наличие синхронизации между пробниками

Стандартные протоколы синхронизации в IP сетях (NTP) не подходят, т.к. обеспечивают погрешность не хуже 10мс, слишком большую для точных измерений. В системе Symmetricom предусмотрена следующая схема синхронизации:

• пробники оборудованы точными часами
• пробники Q-200 могут быть оборудованы GPS приемниками, в таком случае они син-хронизуются от GPS и выступают в качестве серверов времени
• прочие пробники синхронизуются от серверов времени при помощи протокола QTP

Такая схема обеспечивает погрешность измерений не хуже чем 0,5мс. От каждого сервера времени может синхронизоваться до 255 клиентов.

Мониторинг сети XXX на основе решения Symmetricom

Основным приложением для мониторинга качества работы IP сети является IPPM, которое позволит осуществлять мониторинг в каждом определенном классе обслуживания.

В данной схеме на основных узлах сети устанавливаются пробники, работающие в синхронизме. Между пробниками создаются потоки контрольного трафика и при их помощи измеряются ключевые параметры качества IP сети.

Для осуществления мониторинга SLA в сети необходимо: 

• установить на контрольные узлы пробники
• настроить схему синхронизацию
• определить уровни SLA
•  определить и запустить тестовые потоки тарфика.

Схема включения системы Symmetricom

• Магистральное кольцо:
  На каждой площадке магистрального кольца, располагается и подключается к порту Ethernet магистрального маршрутизатора пробник Q-200, оборудованный платой TSE и GPS приемником.
  
  Q-200 включается в сеть двумя портами:
   - выделенным портом управления 10/100 Base-TX
   - портом GigE для выполненния тестов IPPM/RTP
  Измерительные порты могут включаться с помощью транковых портов 802.1Q.
  
  Каждый порт должен располагаться в отдельной подсети. Порты управления желательно подключать в от-дельный VPN и подключать туда же Q-Advisor.
• Аггрегационные цепочки:
  Предполагается установить во всех аггрегационных цепочках по два пробника Q-101, оборудованных пор-тами TSE. Измерительные порты могут включаться c помощью транковых портов 802.1Q. 
  
  Каждый порт должен располагаться в отдельной подсети. Порты управления желательно подключать в от-дельный VPN и подключать туда же с Q-Advisor. 

Схема включения системы Symmetricom


 

Синхронизация пробников Q-Probe

Предлагается установка на магистральных узлах (где это возможно) пробников с источником синхрониза-ции от GPS. Прочие пробники должны синхронизовываться с помощью протокола синхронизации QTP. Для этого необходима прямая видимость межде тестовыми интерфейсами сервера времени и его клиентов.

Такая схема синхронизации обеспечит точность измерения 

• 500 наносекунд для тестов между пробниками с синхронизацией от GPS
• не хуже 500 микросекунд для тестов где хотя бы один проб синхронизован по QTP

Определение уровней обслуживания

Для эффективной работы системы требуется четкое определение SLA для каждого класса трафика, напри-мер можно ввести следующие классы трафика:

• SLA “Трафик реального времени”
  • Ошибка при нарушении
  • Вероятность потери пакетов 0,000003
  • Задержка 20мс
  • Джиттер 30мс
• Предупреждение при нарушении
  • Вероятность потери пакетов 0,000005
  • Задержка 10мс
  • Джиттер 20мс

• SLA “Приоритетный трафик передачи данных”
  • Ошибка при нарушении
  • Вероятность потери пакетов 0,0003
  • Задержка 30мс
• Предупреждение при нарушении
  • Вероятность потери пакетов 0,0001
  • Задержка 20м

• SLA “Общий трафик передачи данных”
  • Ошибка при нарушении
  • Вероятность потери пакетов 0,05
  • Задержка 200мс
• Предупреждение при нарушении
  • Вероятность потери пакетов 0,01
  • Задержка 100мс

Мониторинг SLA в клаccе “Трафик реального времени”

Класс “трафик реального времени” характерен тем, что это
 - наиболее важный класс трафика
 - наиболее чувствительный класс трафик к деградации сети
 - обладает высоким overprovisioning
 - трафик исопльзуемый для передачи голосового трафика

Предлагается в этом классе трафика осуществлять активный постоянный мониторинг т.к. станет возмож-ным
 - раннее обнаружение перегрузок
 - раннее обнаружение любых сбоев в сети
 - относительно эффективно исопльзовать полосу (высокий overprovisionning)

Для этого между всеми пробами в ядре системы предполагается пробросить потоки трафика с соотвестч-сующим образом маркированным полем DSCP. 
 
Замеряется стандартный набор характеристик (согласно RFC 2679, 2680, 3393) 

Аналогичные потоки предполагается пробросить между пробниками внутри агрегационных цепочек и от пробников агрегационных цепочек до соседних узлов ядра сети).

 Мониторинг SLA в классе “Приоритетный трафик передачи данных”
Класс трафик реального времени характерен тем, что это на нем не определен джиттер и допускаются значительные потери пакетов (вероятность потери пакета 10-4). 
 - класс трафика средней важности
 - трафик используемый для передачи голосового трафика

Предлагается в этом классе трафика осуществлять активный постоянный мониторинг с помощью UDP потоков, что позволит 
- оценить качество работа VoIP клиентов
 - раннее обнаружение congestion
 - раннее обнаружение любых сбоев связанных с передачей
 - относительно эффективно исопльзовать полосу (высокий overprovisionning)

Между всеми пробниками ядра предлагается пробросить потоки трафика с соответствующим образом маркированным полем DSCP. Такие же потоки предлагается пробросить между соседними с ними пробниками в вагрегационных цепочках.

Замеряется стандартный набор характеристик (согласно RFC 2679, 2680, 3393).

Тесты привязываются к SLA “Приоритетный трафик передачи данных”

 Мониторинг SLA в классе “Общий трафик передачи данных”
Данный класс трафика наименее приоритетен и по сути является best effort сервисом. Небольшая гарантированная вероятность потери пакетов позволяет при тестировании использовать наиболее медленные потоки. В свою очередь невысокая скорость потоков позволяет осуществлять тесты постоянно? причем в режиме full mesh. 

Для этого между всеми пробниками системы предполагается периодически пробрасывать потоки трафика с соответствующим образом маркированным полем DSCP (full mesh). 
Замеряется стандартный набор характеристик (согласно RFC 2679, 2680, 3393) 

Тесты должны быть привязаны к SLA “Общий трафик передачи данных”.