Проект сети NGN г. Тюмени

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1. Понятие сетей

На сегодняшний день уже стал очевидным тот факт, что построение отдельной сети для каждого вида трафика не эффективно. Предпочтение отдается сетям с единой инфраструктурой, совмещающих в себе передачу разных видов трафика — мультисервисным сетям или сетям следующего поколения (NGN). Следовательно, необходимо заниматься вопросами проектирование сетей NGN. Именно этим вопросам и посвящен данный проект. В этой связи данная тема является актуальной.

2. Сети следующего поколения

2.1 Общая архитектура сети NGN

В настоящее время российский рынок услуг связи переживает период бурного роста. При этом общее число абонентов увеличивается и расширяется спектр предлагаемых услуг.

Основными причинами этого являются:

* прорыв технологий в области телекоммуникационных систем;

* появление значительного числа бизнес-абонентов, требующих высоко-качественных и разнообразных услуг связи (мобильная, фиксированная связь бизнес-качества, Интернет, организация VPN-сети, проведение видеоконфе-ренций);

* появление значительного числа частных потребителей качественно новых услуг связи (мобильная связь, Интернет, платное TV);

* расширение функционала и возможностей персональных компьютеров и мобильных телефонов;

* интенсивное развитие различных отраслей экономики;

* рост доходов населения и изменение структуры потребления товаров и услуг;

* усиление конкуренции между операторами и как следствие — снижение стоимости услуг связи и расширение спектра дополнительных сервисов.

Вместе с тем, несмотря на увеличение объема услуг связи и повышение до-ходов операторов в целом, за последние годы наблюдается постоянное снижение доходности от предоставления традиционных услуг и увеличение срока окупаемости оборудования (срок окупаемости АТС традиционного опера-тора связи составляет от 20 лет и выше). При этом темпы роста трафика данных существенно превышают темпы роста традиционного телефонного трафика. Сегодня до 20% исходящего голосового международного трафика российских пользователей передается с помощью технологии VoIP, а число постоянных пользователей сети Интернет в России достигло 6 млн. человек или 4% всего населения страны.

На сегодня в России в общей структуре дохода оператора услуги по передаче данных составляют в среднем от 7 (традиционные операторы связи) до 30% и выше (крупные альтернативные операторы связи). При этом объем информации, передаваемой по сетям операторов, удваивается каждые два года.

Все эти факторы заставляют операторов связи уделять большее внимание услугам передачи данных и строить сети для качественного предоставления пользователям этих дополнительных услуг.

Однако несмотря на постоянный рост трафика данных, в настоящее время основной доход операторам приносят услуги телефонной связи — мобильная, междугородная / международная, фиксированная (для бизнес-абонентов). Эта тенденция сохранится и в ближайшем будущем. Поэтому при строительстве сетей необходимо учитывать не только возможность предоставления дополнительных услуг, но и экономическую эффективность внедрения сетей связи.

При этом разумней ориентироваться не на взрывной рост доходов от эксплуатации сети в будущем, а на получение дополнительных доходов в настоящее время.

Сеть (NGN — Next Generation Network) представляет собой усовершенствованную сеть фиксированной связи нового поколения, которая открывает перед абонентами широкий диапазон возможностей. Таким образом, современные требования к сетям связи следующего поколения заключаются в возможности оптимальной передачи голосового трафика, трафика данных, создания и предоставления новых сервисов, — свыше 50 дополнительных услуг связи, высокоскоростной широкополосный доступ в сеть Интернет, услуги IP-TV и другие. Абонент сможет сам устанавливать дополнительные услуги телефонии через сеть Интернет, вести учет трафика разговоров, создавать группу бизнес-абонентов и устанавливать для нее определенный набор услуг (для корпораций, фирм), то есть сеть NGN позволяет индивидуализировать услуги под конкретного абонента и включить тот набор услуг, который соответствует его ожиданиям. В числе важных преимуществ, сети нового поколения NGN, перед традиционной телефонией, помимо спектра услуг связи — высокая скорость передачи данных, мобильность (доступ пользователя к данным может осуществляться независимо от его местоположения), индивидуальность (услуги доступны в любое время в необходимом объеме и формате предоставления контента), доступность (приемлемая цена, гибкость в отношении типа используемого оборудования; сеть NGN позволяет взаимоувязывать различные сети связи), и как итог всему выше сказанному, следует снижении расходов на капитальное строительство и операционных издержек по сравнению с существующими сетями связи.

В настоящее время развернуто значительное количество традиционных сетей связи, поэтому при строительстве сети NGN целесообразно учитывать возможности существующего оборудования и использовать эволюционный переход к сетям связи следующего поколения.

Рисунок 2.1 — Обобщенная модель сети NGN

В данном случае, сеть состоит из трех уровней.

Уровень приложений отвечает за предоставление конечному пользователю информационных услуг и от того, насколько эти услуги будут ему интересны, зависит дальнейшее развитие сети. Серверы, обеспечивающие предоставление услуг, могут находиться как внутри, так и за пределами самой сети (Web-серверы, серверы, принадлежащие ASP-провайдерам).

Уровень управления сервисами отвечает за маршрутизацию вызовов, обработку сигнализации и непосредственное управление потоками. На этом уровне расположен контроллер сигнализации и управления медиашлюзами (Softswitch), который для оператора связи может выступать в качестве транзитной АТС.

Транспортный уровень отвечает за передачу информации конечному пользователю и состоит из высокоскоростного ядра пакетной сети и уровня доступа, который обеспечивает непосредственное подключение конечных пользователей к сети. Уровень доступа может быть как проводным (оптическим или медным), так и беспроводным (мобильным или фиксированным).

2.2 Классификация оборудования для сетей NGN

Согласно базовым принципом концепции NGN, отмеченных во второй главе, NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами.

Основу сети NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей. [1]

/

Рисунок 2.2 — Классификация типов оборудования NGN

В соответствии с рисунком основными классами являются:

Ш Гибкий коммутатор (Softswitch)

Гибкий коммутатор является носителем интеллектуальных возможностей сети, который координирует управление обслуживанием вызовов, сигнализацию и функции, обеспечивающие установление соединения через сеть или несколько сетей.

В первую очередь, Softswitch управляет обслуживанием вызовов, т. е.

установлением и разрушением соединений. Точно так, как это имеет место в традиционных АТС с коммутацией каналов, если соединение установлено, то эти функции гарантируют, что оно сохранится до тех пор, пока не даст отбой вызвавший или вызванный абонент. В число функций управления обслуживанием вызова входят:

— распознавание и обработка цифр номера для определения пункта назначения вызова, а также распознавание момента ответа вызываемой стороны, момента, когда один из абонентов кладет трубку, и регистрация этих действий для начисления платы.

Softswitch координирует обмен сигнальными сообщениями между сетями.

Сигнализация в сети связи сравнима с системой кровообращения в человеческом организме. Если продолжить эту аналогию, то Softswitch организует это кровообращение и, к тому же, при необходимости, — переливание крови между разными организмами. То есть, Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими объектами в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях с тем, чтобы они были понятны на обеих сторонах несходных сетей.

Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch, — это сигнализация для управления соединениями, сигнализация для взаимодействия разных Softswitch между собой и сигнализация для управления медиашлюзами. Основными протоколами сигнализации управления соединениями на сегодня являются SIP, ОКС7 и H. 323,

В качестве опций используются протокол E-DSS1 первичного доступа ISDN, протокол абонентского доступа через интерфейс V5 (или его Sigtran-версии V5U), а также все еще актуальная для отечественных сетей связи сигнализация по выделенным сигнальным каналам R1.5.

Основными протоколами сигнализации для управления медиашлюзами являются: MGCP и MEGACO/H. 248, а основными протоколами сигнализации для взаимодействия между Softswitch являются SIP-T, BICC.

Ш Шлюзы

Шлюзы (Gateways) — устройства доступа к сети и сопряжения с существующими сетями. Оборудование шлюзов реализует функции по преобразованию сигнальной информации сетей с коммутацией пакетов в сигнальную информацию пакетных сетей. Шлюзы функционируют на транспортном уровне сети.

Для реализации возможности подключения к мультисервисной сети различных видов оборудования ТфОП используются различные программные и аппаратные конфигурации шлюзового оборудования:

транспортный шлюз (Media Gateways (MG)) — реализация функций преобразования речевой информации в пакеты;

сигнальные шлюзы (Signaling Gateways (SG)) — реализация функции преобразования систем межстанционной сигнализации сети ОКС7 (квазисвязный режим) в системы сигнализации пакетной сети (Sigtran (MxUA))

транкинговый шлюз (Trunking Gateways (TGW)) — совместная реализация функций MG и SG;

шлюз доступа (Ассеss Gateways (AGW)) — реализация функции MG и SG для оборудования доступа, подключаемого через интерфейс V5;

резидентный шлюз доступа (Residential Access Gateways (RAGW) — реализация функции подключения пользователей, использующих терминальное оборудование ТфОП/ЦСИС, к мультисервисной сети.

Оборудование транспортного шлюза должно выполнять функции устройства, производящего обработку информационных потоков среды передачи.

Оборудование транспортного шлюза должно реализовывать следующий перечень обязательных функций:

· функцию адресации: обеспечивает присвоение адресов транспортировки IPдля средства приема и передачи;

· функции преобразование форматов передачи данных и коммуникационных процедур. Кроме того, шлюз отвечает за транскодирование аудио и видеосигналов и выполняет настройку и закрытие соединений.

Шлюз играет важнейшую роль. Фактически он представляет собой устройство доступа в сеть. Как всякое устройство доступа, он принимает информацию через один интерфейс и передает ее в сеть через другой, выполняя соответствующие преобразования. Как правило, оборудование шлюзов поддерживает следующие интерфейсы:

— транспортные шлюзы: в направлении к ТфОП поддерживаются интерфейсы PDH (Е1) и или SDH (STM¼). В направлении пакетной сети на основе IP технологий: интерфейсы семейства Ethernet от 10Base до Gigabit Ethernet (1000Base);

— сигнальные шлюзы в направлении ТфОП в основном поддерживают интерфейс PDH (Е1), а в направлении пакетной сети — интерфейс 10Base Ethernet;

— шлюзы доступа в направлении ТфОП поддерживают интерфейс по аналоговым абонентским линиям и интерфейсы базового доступа ISDN (U-, S-, S/T) для резидентных шлюзов и интерфейс PDH (Е1) для шлюзов доступа, осуществляющих подключения оборудования интерфейса V5. В направлении пакетной сети на основе IР технологий: интерфейсы 10Base Ethernet.

Протоколы.

Оборудование шлюзов может поддерживать следующие протоколы;

· Для транспортных шлюзов:

в направлении к гибкому коммутатору: Н. 248, IPDC, MGCP для управления вызовами при использовании транспортной технологии IР;

в направлении к другим шлюзам или терминальному оборудованию пакетной сети: RTP/RТСР при использовании транспортной технологии IР;

· Для сигнальных шлюзов:

в направлении к сети ТфОП: в зависимости от реализации возможна поддержка уровня МТР2 или МТРЗ системы сигнализации ОКС7;

в направлении к гибкому коммутатору: в зависимости от используемых механизмов обработки ОКС7 могут поддерживаться М2UA или М3UА;

· Для шлюзов доступа:

в направлении к гибкому коммутатору: для передачи сигнальной информации, связанной с обслуживанием вызова; V5UА при подключении оборудования сети доступа; МЕGАСО (Н. 248) при подключении абонентов, использующих сигнализацию по аналоговой абонентской линии; IUА при подключении абонентов, использующих базовый доступа ISDN. Для передачи сигнальной информации управления шлюзами: Н. 248, МGСР, IРDС;

в направлении к другим шлюзам и терминальному оборудованию пакетной сети: RТР/RТСР;

в направлении к ТфОП: сигнализацию по аналоговым абонентским линиям, сигнализацию базового доступа ISDN в части протоков уровня 2 (LАР-D), сигнализацию по интерфейсу V5 в части протоколов уровня 2 (LАР-V5).

Ш АТС с функциями МСС

Оборудование АТС, в котором помимо функций коммутации каналов реализованы функции по коммутации пакетов, т. е. функции шлюзов и частично функция гибкого коммутатора. Функционально к такому оборудованию одновременно предъявляются требования, определенные как для гибкого коммутатора, так и для шлюзов.

С точки зрения технических характеристик (в пакетной части) для такого оборудования определяются требования по емкости, производительности, надежности, поддерживаемым протоколам и реализованным интерфейсам к пакетной сети.

Ш Терминальное оборудование

Терминальные устройства, используемые для предоставления голосовых и мультимедийных услуг связи и предназначенные для работы в пакетных сетях.

Существует два основных типа терминальных устройств, предназначенных для работы в пакетных сетях: SIP-терминалы и Н. 323-терминалы. Данное оборудование может иметь как специализированное аппаратное (standalone), так и программное исполнение (softpone).

Также иногда используется терминальное оборудование на основе протокола МЕGАСО. Такое терминальное оборудование совмещает в себе функции аналогового телефонного аппарата и шлюза доступа в части преобразования сигнализации по аналоговым абонентским линиям. Его функциональные возможности ограничиваются возможностями аналогового аппарата, но оно может непосредственно подключаться к пакетной сети.

Еще одним видом терминального оборудования являются интегрированные устройства доступа (IAD). Как правило, IAD обеспечивает подключение терминального оборудования сетей ТфОП (аналоговые ТА и терминалы ISDN) и терминального оборудования сетей передачи данных. В IAD реализуются функции по преобразованию протоколов сигнализации ТфОП в протоколы пакетных сетей (SIP /Н. 323) и преобразованию потоков пользовательской информации между сетями с коммутацией каналов и пакетными сетями. Ближайшей аналогией к IAD в сетях ТфОП является оборудование малых УПАТС.

Терминальное оборудование поддерживает протоколы SIP или Н. 323 в направлении гибкого коммутатора для передачи информации сигнализации и управления коммутацией и протоколы RTP/RTCP для передачи пользовательской информации. Для подключения к сети, как правило, используется Ethernet интерфейс.

Ш Сервер приложений.

Используется для предоставления расширенного списка дополнительных услуг абонентам пакетных сетей или абонентам, получающим доступ в пакетные сети. Сервера приложений предназначены для выполнения функций уровня услуг и управления услугами.

Спецификация выполняемых функций зависит от реализуемой с помощью сервера услуги / группы услуг и не может быть сформулирована на абстрактном уровне.

Серверы приложений, как правило, взаимодействуют с оборудованием гибкого коммутатора с использованием технологий Java, xml, osp. Подключение производится в основном с использованием интерфейсов, базирующихся на Ethernet.

3. Переход к сети NGN

3.1 Стратегии внедрения технологий NGN при развитии сети ТфОП

В данном разделе рассмотрены варианты применения пакетных технологий, используемых при модернизации существующей сети связи.

Основными являются два варианта:

— создание параллельной к существующей сети инфраструктуры

NGN — стратегия наложения;

— создание инфраструктуры NGN, поглощающей существующую структуру ТфОП, — стратегия замещения.

Первый вариант предполагает, что создаваемый фрагмент сети на основе NGN — технологий и существующая сеть ТфОП функционируют отдельно друг от друга, частично используя совместный ресурс первичной сети. Взаимодействие между сетями реализуется в ограниченном числе сетевых точек (шлюзов). При этом базовая услуга телефонии оказывается в обеих сетях связи или при взаимодействии сетей.

Второй вариант предполагает, что существующая ТфОП входит в состав мультисервисной сети, в основе которой лежат NGN-решения, при этом взаимодействие между любыми коммутационными узлами ТфОП осуществляется с использованием ресурсов NGN. Базовая услуга телефонии для межстанционных вызовов предоставляется при взаимодействии фрагментов существующей ТфОП и NGN или в рамках NGN. [1]

Эти два варианта различаются в основном подходами к построению транспортного уровня сети. Реализация уровня управления коммутацией и уровня управления услугами для всех вариантов идентична и отличается только требованиями к производительности и сетевым точкам размещения оборудования, т. е. аспектами, решения по которым должны приниматься в процессе детального проектирования.

Данный же дипломный проект будет основываться на втором варианте — переход к сети NGN с поглощением сетевой структуры существующей ТфОП.

Этот вариант предполагает, что основой транзитной сети ТфОП будет являться создаваемый фрагмент NGN. Соответственно, все опорные АТС подключаются к NGN через оборудование шлюзов. Схема построения транспортного уровня для данного варианта представлена на рис. 3. 1

Рисунок 3.1 — Построение транспортного уровня мультисервисной сети, поглощающего транзитную структуру ТфОП

Как следует из рисунка, в этом случае транзитный уровень ТфОП полностью заменяется NGN. Соответственно, транзитные узлы ТфОП (ТУ) выводятся из обслуживания трафика ТфОП. Данный вариант является завершающей стадией формирования транспортного уровня мультисервисной сети, и его реализация потребует значительных инвестиций.

Реализация представленного варианта построения транспортного уровня потребует:

— внедрения оборудования коммутаторов магистральной транспортной сети. Число коммутаторов и сетевые точки внедрения (с привязкой к инфраструктуре существующей сети SDH) должны определяться в процессе детального проектирования;

— внедрения оборудования узлов доступа и оборудования шлюзов доступа на уровне опорных АТС, подлежащих замене, или на уровне которых планируется расширение абонентской емкости;

— внедрения оборудования межсетевых шлюзов между мультисервисной сетью и сетью ТфОП. Число, производительность и сетевые точки внедрения должны определяться в процессе детального проектирования;

— внедрения оборудования граничного шлюза / шлюзов в тех сетевых точках, которые должны использоваться для выхода на сеть СПД или мультисервисные сети других операторов;

— внедрения более мощных, по сравнению с первым вариантом, узлов ядра сети;

— внедрения оборудования шлюзов для подключения сетей альтернативных операторов (исключение составляет подключение на уровне опорных АТС);

— использования большего числа гибких коммутаторов или гибких коммутаторов с большей производительностью.

— создания структуры сети доступа (участок между пользователем и узлом доступа). Определяется на стадии детального проектирования соответствующего фрагмента сети.

3.2 Описание существующей сети

Данным проектом предусматривается строительство NGN в г. Тюмени. Тюмень — крупный экономический и финансовый областной центр России. Это столица нефтяного и газового края, где уровень жизни граждан гораздо выше уровня жизни во многих других городах страны.

Население г. Тюмени на 01. 04. 2006 г. составляет более чем 572 тысячи человек, из которых — 240 тыс. людей — работают на предприятиях и в организациях. Климат Тюменской области континентальный. Он характеризуется продолжительной зимой и коротким летом на севере, но тёплым — на юге, переходными сезонами с поздними весенними и ранними осенними заморозками.

Так как при проектировании предполагается использовать существующие кабельные линии и помещения действующих узлов связи, то можно считать, что особых мероприятий при строительстве в условиях северного региона предусматривать не требуется.

Монтированная емкость телефонной сети г. Тюмень составляет 137 730 номеров. Сеть с шестизначной нумерацией абонентских линий. Связь со спецслужбами города организована по общепринятой в России 2−3-х значной нумерации, оборудование УСС установлено в здании РАТС-45/46. Связь станций ГТС с АМТС осуществляется по ЗСЛ и СЛМ, включенными непосредственно в каждую АТС. Все аналоговые АТС оснащены аппаратурой повременного учета стоимости разговоров, а в электронных АТС функции тарификации предусмотрены программным обеспечением.

В настоящее время телефонной сети г. Тюмень разделена на узловые районы, в каждом из которых для концентрации нагрузки к АТС узлового района устанавливается УВС. Связь между АТС разных районов осуществляется по схеме АТС-УВС-АТС через коммутационное оборудование УВС, расположенное в узловом районе. На телефонной сети г. Тюмень организованны три УВС. Уровень цифровизации ТГТС составляет 75%. Цифровые АТС построены на оборудовании систем EWSD, UT-100, ERICSON. На сети имеются аналоговые АТС типа АТСК-У.

Транспортная среда сети реализована с использованием технологии SDH, включающей необходимые аппаратные и программные средства для генерации цифровых потоков с помощью синхронных модулей STM-N. Для построения первичной транспортной сети ГТС используется топология типа «кольцо», организованная на ВОЛС с помощью систем передачи на базе SDH. Используется система резервирования 1+1, со схемой, соответствующей двум кольцам со встречными направлениями. Распределение цифровых каналов производится по основному и резервному направлениями.

4. Выбор оборудования

4.1 Выбор технологии транспортной сети

На сегодняшний день технологии и оборудование производителей телекоммуникационной техники достигло такого уровня, при котором можно поставить знак равенства между понятиями «мультисервисные сети» и «сети передачи данных». Новые строящиеся сети практически все могут предложить широкий спектр услуг, в том числе и голосовых. Значительный рост трафика не голосовых услуг в последние несколько лет привел к пересмотру требований, предъявляемых к составу технологического оборудования у оператора инфотелекоммуникаций. Появились приложения, которые требуют таких новейших сетевых услуг, как видеоконференции и возможность проведения дистанционного обучения, что, в свою очередь, требует защиты и поддержки качества сервиса (QoS). Как результат, поставщики услуг доступа к ресурсам сети будут играть возрастающую роль в предоставлении дополнительных услуг.

Операторы инфотелекоммуникаций находятся в постоянном поиске технологий, способных наиболее эффективно объединять их сети. На сегодняшний день наиболее популярные решения по созданию глобальных магистралей базируются на технологиях IР по АТМ и IР по МРLS.

Наиболее распространенная технология, основанная на коммутации пакетов, — это IР. Популярность операционных систем (ОС) и развитие Интернет привело к широкому распространению протоколов стека ТСР/IР. На сегодняшний день трудно найти ОС, не поддерживающую данный набор протоколов, сегодня он используется во всемирной информационной сети Интернет, объединяя миллионы компьютеров по всему миру, а также в огромном числе корпоративных сетей. Многие авторитетные эксперты предрекают безусловное доминирование ТСР/IР в будущей инфраструктуре связи.

В начале 90-х годов развитие современных технологий, успехи в создании волоконно-оптических линий связи, специализированных интегральных микросхем с огромным быстродействием и большой памятью, а также значительное продвижение в области цифровой обработки сигналов привели к разработке нового способа транспортирования информации, получившего наименование асинхронный режим переноса (Asynchronous Transfer Mode, АТМ). Это был наиболее проработанный метод передачи интегрированного трафика по единой цифровой магистрали.

АТМ не удалось дойти до конкретного пользователя, поэтому потребовалась прослойка из протокола IР, несущая дополнительные непроизводительные затраты на передачу сетевого трафика. Все эти факторы сдерживают развитие АТМ и привели к его очень ограниченному применению на телекоммуникационном рынке.

Изначально технология коммутации по меткам (МРLS) была разработана для применения в сетях операторов, предоставляющих услуги передачи данных. Однако к этой технологии стали проявлять интерес и корпорации, чьи сети часто похожи по структуре и размеру на операторские сети. Технология МРLS создавалась с целью объединения наработок в области маршрутизации протокола IР и концепции коммутации, легшей в основу АТМ.

Снижение себестоимости единицы трафика на магистральных каналах путем более эффективного использования полосы пропускания — ведет к снижению накладных расходов на передачу.

Грамотный подход к выбору технологии для мультисервисных сетей, отталкивающийся от возможной пропорции в виде трафика позволит остановить свой выбор на той технологии, которая наиболее подходит для местных условий и решаемых задач. Рассмотрим методику подхода к построению магистральных сетей крупных провайдеров.

Для решения этой проблемы предлагается использовать методологию функционально-стоимостного анализа (ФСА), которая позволит оптимизировать состав функций, возложенных на магистральное оборудование.

Главная цель проведения ФСА в нашем случае — выявление возможностей снижения затрат на единицу главного параметра магистрального оборудования, под каковым мы принимаем коэффициент использования канала связи для интегрированного трафика. Эти возможности определяются наличием «излишних» затрат, которые устанавливаются путем функциональной проработки информационной магистрали Интернет-провайдера, анализа конструктивно-технологического исполнения и фактических затрат.

Функции определяются общепризнанным методом: «глагол-существительное», затем проводится оценка их весомости в общей работоспособности магистральной сети.

Главная функция — «передать информацию» — подразделяется на ряд подфункций: «передать данные», «передать трафик реального времени», которые в свою очередь подразделяются на функции третьего уровня. Все функции имеют свой весовой коэффициент в зависимости от бизнес-прогнозов оператора, где определяется доля от доходов в продаже тех или иных услуг.

Таким образом, формируется модель трафика в магистральной сети, так как из доли доходов можно вычислить требуемые затраты полосы пропускания на каждый из типов трафика.

Существует вполне конкретная структурная модель магистральной сети. Из конструктивной стоимости элементов магистрального оборудования и затрат на каналы связи формируется себестоимость затрат на ту или иную функцию. Анализируется структура затрат и весомости функций.

Оптимизация решения происходит на основе коэффициента использования канала связи.

Воспользуемся графиком, показанным на рисунке 4. 1, полученным в результате ряда зарубежных исследований и подтвержденным, с некоторыми коррективами, в рамках диссертационной работы директора по развитию компании INLINE Technologies [2].

/

Рисунок 4.1 — Эффективность использования полосы пропускания

Трафик рассчитан на канале со скоростью 622 Мбит/с, что соответствует SТМ-4. В настоящее время на магистралях многих крупных операторов уже преобладают системы уровней SТМ-16 и даже SТМ-64. В рамках данного дипломного проекта, с учетом того, что ГТС Тюмени составляет немногим более 135 тыс. пользователей, считаем допустимым использовать результаты расчетов, полученных для скоростей сопоставимых с 622 Мбит/с.

Начальная точка на оси абсцисс соответствует 100% загрузки канала связи трафиком реального времени (голос или on-line видео), соответственно трафик передачи данных составляет 0%. Конечная точка на оси абсцисс наоборот: трафик реального времени — 0%, а передачи данных — 100%. По оси ординат отложен коэффициент использования канала связи. Например для передачи 50% трафика реального времени и 50% трафика передачи данных общей емкостью 622 Мбит/с с хорошим качеством потребуется пропускная способность магистрали 2,62 Гбит/с или через магистраль со скоростью SТМ-4 можно передать только 147 Мбит/с полезной информации. Если использовать технологии IР или АТМ, то эта цифра соответственно составит 332,4 Мбит/с и 402,5 Мбит/с. Таким образом, можно сделать прогноз о загрузке каналов связи в зависимости от типа трафика и оценить себестоимость бита информации, переданного за одну секунду в пересчете на стоимость соответствующего оборудования (SDH-мультиплексора, IР-маршрутизатора или АТМ-коммутатора).

В настоящее время и на начальном этапе эксплуатации NGN можно уверенно утверждать, что основной услугой на мультисервисной сети г. Тюмени будет передача голоса. Однако устойчивый рост спроса на услуги широкополосного доступа неизбежно приведет к существенному смещению трафика в сторону передачи данных. По разным оценкам прогнозируется соотношение трафика реального времени и передачи данных. Но данных графика вполне достаточно, чтобы выбрать в качестве технологии для транспортного уровня проектируемой сети — IР/МРLS.

Для обеспечения подключения всех узлов IР/МРLS сети к общей для них среде передачи используется технология Ethernet, которая является очень дешевой и в то же время довольно скоростной: 10 Мбит/с (Eth), 100 Мбит/с (FЕ), 1 Гбит/с (GЕ), 10 Гбит/с (10GЕ).

Семейство стандартов Ethernet получило свое название по имени протокола канального уровня.

Общее количество протоколов, работающих в настоящее время по Ethernet, оценивается в несколько миллионов. Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи — метод коллективного доступа с распознаванием несущей и обнаружением коллизий — CSMA/CD. Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной. Все объекты такой сети имеют непосредственный доступ к общей среде, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все узлы сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из хостов начал передавать в общую среду.

Простота схемы подключения — один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet,

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

* 10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма. Максимальная длина сегмента — 500 м (без повторителей);

* 10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма. Максимальная длина сегмента — 185 м (без повторителей);

* 10Base-Т — кабель на основе неэкранированной витой пары. Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом — не более 100 м;

* 10Base-F — волоконно-оптический кабель. Топология аналогична топологии стандарта 10Base-Т. Имеется несколько вариантов этой спецификации — FOIRL (расстояние до 1000 м), 10Base — FL (расстояние до 2000 м), 10Base-FВ (расстояние до 2000 м).

Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов — 10 Мбит/с, а слово «Base» — метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц. Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.

Классическая 10 Мбит/с сеть Ethernet устраивала большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться ее недостаточная пропускная способность. Назрела необходимость разработки новой технологии Ethernet производительностью 100 Мбит/с. Осенью 1995 года технология Fast Ethernet; была стандартизирована в качестве стандарта 802. 3u, как дополнение к стандарту 802.3.

Технология Fast Ethernet; сохранила метод доступа CSMA/CD. Здесь используются такие варианты кабельных систем:

* волоконно-оптический кабель;

* витая пара.

Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред не вошел. Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен 200 м.

После появления технологии Fast Ethernet сетевые администраторы почувствовали ограничения при построении корпоративных сетей. Во многих случаях серверы, подключенные по 100 Мбит/с каналу, перегружали магистральные сети, работающие также на скорости 100 Мбит/с. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей.

Основная идея разработчиков Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости 1000 Мбит/с. В Gigabit Ethernet поддерживается метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями. Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара, коаксиальный.

Кроме того, в июне 2002 года был принят стандарт 10GE. Это стандарт Ethernet, работающий на скорости 10 Гбит/с. Медный кабель под технологию 10GE в настоящее время не стандартизирован, по разным предположениям это будут кабели «витая пара» категории 6А или 7. В настоящее время уже применяются медные кабели 7-ой категории, но это не является стандартом.

4.2 Услуги

Как показывает мировой опыт, потенциальными пользователями мультисервисной сети могут быть те, кто в настоящее время уже использует Интернет в повседневной жизни и, в первую очередь, пользователи, имеющие доступ к Интернет по выделенным линиям, среди которых большую часть составляют корпоративные клиенты и сети различных коммерческих организаций, использующих Интернет для бизнес-процесса.

В основу оценки ожидаемого рынка услуг мультисервисной сети г. Тюмени положены данные анализа о количестве и категории пользователей Интернет в настоящее время в г. Тюмень.

Количество пользователей Интернет в г. Тюмень составляет порядка 96 тысяч человек. Около 70% из них приходится на население и 30% - на деловой сектор (среднестатистические данные по России).

В дальнейшем прогноз рынка услуг мультисервисной сети будет осуществляться по двум сегментам: деловой сектор, охватывающий предприятия и фирмы, и «домашние» пользователи (население).

Как показывают маркетинговые исследования, среди услуг на базе широкополосного доступа наибольшим спросом будут пользоваться следующие услуги:

— доступ в Интернет

— видеоконференцсвязь

— хостинг

— видео-телефония

— телефония

— виртуальные частные сети (VPN) и другие.

При организации широкополосного доступа к мультисервисной сети абонентам предоставляются каналы разной пропускной способности, в зависимости от оказываемых пользователям услуг.

Современные сети с коммутацией пакетов могут обеспечить пропуск нагрузки от любых видов услуг, однако, с точки зрения проектирования и администрирования услуг, необходимо дифференцировать предоставляемые услуги на разные классы.

Весь спектр предоставляемых услуг по характеру создаваемой нагрузки можно разделить по следующим признакам:

1. По чувствительности к задержкам (джиттеру задержки):

— трафик реального времени (tзад< 100 мс)

— трафик транзакций (100 мс< tзад < 1с)

— трафик передачи данных (tзад > 1с)

2. По необходимости предварительного установления соединения:

— услуги без предварительного установления соединения (CLNS)

— услуги с предварительным установлением соединения (СОNS):

* оперативно устанавливаемые соединения (по запросу от клиента — Demand)

* арендованное соединения (Leased)

* полупостоянные соединения (SPVC)

3. По скорости передачи:

— трафик с постоянной скоростью (равномерный трафик)

— трафик с неравномерной скоростью, имеющий Кпач>1. Представим проектируемые услуги в виде следующих таблиц:

Таблица 4.2.1 — Классификация услуг по чувствительности к задержкам

Наименование услуги

Трафик реального времени (RT)

Транзакции

Передача данных

Телефонная (речь)

+

VPN

+

+

Видеоконференция

+

Доступ в Интернет

+

+

Хостинг

+

+

Поиск видео

+

+

Таблица 4.2.2 — Классификация услуг по необходимости предварительного

установления соединения.

CONS

CLNS

Demand

Leased

SPVC

Телефония

+

VPN

+

Видеоконференция

+

Доступ в Интернет

+

Хостинг

+

Поиск видео

+

Таблица 4.2.3 — Классификация услуг по скорости передачи.

Наименование услуги

Пиковая скорость

Пачечность

Телефония (несжатая речь)

64 Кбит/с

1

Телефония (сжатая речь)

5,3…32 Кбит/с

1…10

VPN

64 Кбит/с и выше

1…200

Видеоконференция

10 Мбит/с

5…10

Доступ в Интернет

64 Кбит/с и выше

10…100

Хостинг

64 Кбит/с и выше

10…100

Поиск видео

10 Мбит/с

10…50

Как видно из таблиц, услуги телефонной связи требуют предварительного установления оперативных соединений, следовательно, для этих услуг необходимо резервировать пропускную способность по самой передаче речи, а также для пропуска сигнального трафика, обеспечивающего установление соединения.

Хочется выделить, что предыдущие проекты ограничивались расчетом пропускной способности для речевого и сопутствующего сигнального трафика, так как по этим видам трафика имелась достаточная статистика, но не смотря на это мы пойдем дальше и произведем расчёт пакетного трафика.

Маршрутизаторы на уровне ядра мультисервисной сети будут обслуживать весь транзитный трафик, причем не только голосовой. При проектировании сетей с технологией IР аппаратно не выделяют узлы для обработки только входящего трафика, что необходимо учитывать при расчете пропускной способности ядра сети. Высокопроизводительные маршрутизаторы проектируются на узлах с УВС, так как между этими узлами и между узлами и АМТС проложены оптические волокна и есть возможность организовать ядро проектируемой сети по принципу «каждая с каждой». Кроме того, узлы с УВС — это наиболее крупные телекоммуникационные центры административных районов Тюмени, с которыми связаны все существующие узлы связи соответствующих районов города.

4.3 Проектирование распределённого транзитного коммутатора

Обращаясь к сказанному в пункте 3.1 хочется подчеркнуть, что процесс перехода к NGN осуществляется путем поглощения существующей ТфОП, причём первичная сеть сохраняется и более того в дальнейших расчётах будем использовать данные взятые с неё.

Исходными данными проектирования являются:

* количество линий Е1, используемых для взаимодействия источников нагрузки различных типов с оборудованием шлюзов. К источникам нагрузки относятся:

* АТС, использующие систему сигнализации ОКС7 и подключаемые через транкинговый шлюз TGW;

* АТС, использующие систему сигнализации ОКС7 и подключаемые через транспортный шлюз MGW и сигнальный шлюз SGW;

* АТС, подключаемые по каналам ОКС7 непосредственно к SX и через транспортный шлюз MGW к пакетной сети. В данном случае сигнальный шлюз реализуется в оборудовании SX;

Поскольку TGW реализуется в виде комбинации сигнального и транспортного шлюзов, все перечисленные типы подключения являются идентичными с точки зрения определения требуемых ресурсов транспортных шлюзов.

В задачи проектирования сетевой структуры транзитного уровня коммутации входят:

— расчет оборудования шлюзов:

а) определение числа шлюзов и емкостных показателей оборудования шлюзов в части станционных подключений;

б) определение транспортного ресурса подключения транкинговых шлюзов к пакетной сети и емкостных показателей подключения;

— расчет оборудования гибкого коммутатора:

а) определение требуемой производительности оборудования гибкого коммутатора;

б) определение емкостных параметров абонентской базы;

в) определение параметров интерфейса с пакетной сетью;

— расчет оборудования транспортной пакетной сети:

а) определение числа коммутаторов сети и схемы организации связи;

б) определение требуемой производительности коммутаторов пакетной сети;

в) определение емкостных показателей коммутаторов пакетной сети;

г) определение типа механизма обеспечения качества обслуживания и требований к сетевым элементам пакетной сети для его поддержки.

На рисунке 4.3 представлены основные параметры, используемые при счете распределенного транзитного коммутатора.

Рисунок 4.3 — Параметры расчёта транзитного коммутатора.

4.3.1 Расчет оборудования шлюзов

Определение числа шлюзов производится исходя из расчетного значения предполагаемой нагрузки, топологии первичной сети (Приложение Б, Приложение Г), наличия помещений для установки, технологических показателей типов оборудования, предполагаемого к использованию.

Как правило, шлюзы устанавливаются на существующих объектах и с учетом структуры имеющейся сети, осуществляя подключение территориально приближенных АТС. Емкостные показатели шлюза определяются исходя из нагрузки, поступающей от АТС. В свою очередь, получение нагрузки может быть вычислено на основе числа потоков Е1 между АТС и шлюзом и удельной нагрузки на канал 64 кбит/с — что мы и сделаем.

Введем следующие обозначения:

N1Е1 — число потоков Е1, осуществляющих подключение АТС ТфОП к транспортному шлюзу l;

уЕ1 — удельная нагрузка одного канала 64 кбит/с в составе Е1;

Значение удельной нагрузки при расчетах принимается равным 0,8 Эрл.

Yl GW — общая нагрузка, поступающая на транспортный шлюз от АТС ТфОП.

Подробно приведем расчёт только для АТС 33/34, как самого крупного узла доступа на сети. Результаты расчётов по всем узлам сведены в таблицу 4.3. 1

Тогда

Y33/34 GW = N33/34Е1* 30уЕ1= 64*30*0,8=1536 Эрл;

Нагрузка, поступающая от шлюза в пакетную сеть, зависит от применяемых в шлюзе типов кодеков. Вычислим транспортный ресурс, необходимый для передачи в пакетную сеть трафика, поступающего на шлюз:

V gw user = V cod_m *Yl gw бит/с

где V cod_m — скорость передачи кодека типа м при обслуживании вызова. (табличное значение [1])

Следует учитывать, что некоторая часть вызовов (передача факсимильной информации, модемных соединений и пр.) будет обслуживаться с использованием кодека G. 711 без компрессии пользовательской информации. Определив долю такой нагрузки, формулу для определения транспортного ресурса можно представить в виде

С учетом того, что используется кодек G. 726 с требуемой полосой 38 кбит/с и при этом 5% вызовов требуют кодек G. 711 с полосой 84.8 кбит/с. Исходя из этого расчет требуемого транспортного ресурса для обслуживания пользовательского трафика при подключении объектов пакетной сети будет иметь следующий вид:

бит/с, [1]

V gw 33/34 = 40 340*1536=61.9 Мбит/с,

Таблица 4.3.1 — Данные расчёта шлюзов

АТС

Общая нагрузка (на шлюзы) YGW, Эрл

Транспортный ресурс, Мбит/с

ОПТС-45/46

1056

42,5

АТС-47

288

11,6

АТС-42/43

240

9,6

АТС-20/28

360

14,5

ОПТС-41

504

20,3

АТС-25

288

11,6

АТС-24

384

15,4

АТС-21

240

9,6

АТС-35

384

15,4

ОПТС-33/34

1536

61,9

4.3.2 Расчет оборудования гибкого коммутатора

Производительность

Основной задачей гибкого коммутатора при построении транзитного уровня коммутации является обработка сигнальной информации обслуживания вызова и управление установлением соединений. Требования к производительности гибкого коммутатора определяются интенсивностью вызовов, требующих обработки.

Интенсивность поступающих вызовов определяется интенсивностью вызовов, приходящейся на один канал 64 кбит/с линии Е1, а также числом Е1, используемых для подключения станции к транспортному шлюзу.

Следовательно, интенсивность вызовов, поступающих на гибкий коммутатор, можно вычислить как:

(выз/чнн),

где:

M — число транспортных шлюзов, обслуживаемых гибким коммутатором;

— интенсивность вызовов, обслуживаемых одним каналом 64 кбит/с. будет равной 10 выз/чнн [1].

PGW — интенсивность вызовов, обслуживаемых транспортным

шлюзом.

30*10 (44+12+10+15+21+12+16+10+16+64)=660 900 выз/чнн

Требования по производительности предполагают работу оборудования гибкого коммутатора в условиях перегрузки с показателями не ниже определяемых в рекомендации Q. 543 для нагрузок классов В и С.

Теперь нужно рассчитать параметры интерфейсов подключения к пакетной сети. Параметры интерфейса подключения к пакетной сети определяются исходя из интенсивности обмена сигнальными сообщениями в процессе обслуживания вызовов. При использовании гибкого коммутатора для организации распределенного транзитного коммутатора сообщения сигнализации ОКС7 поступают на SX в формате сообщений протокола M2UA или M3UA.

Некоторые обозначения:

LMхUA — средняя длина сообщения (в байтах) протокола MxUA;

NMхUA — среднее количество сообщений протокола MxUA при

обслуживании вызова;

L MGCP — средняя длина сообщения (в байтах) протокола MGCP. используемого для управления транспортным шлюзом;

NMGCP — среднее количество сообщений протокола MGCP при обслуживании вызова.

Тогда транспортный ресурс SX, необходимый для передачи сообщений протокола MxUA, составляет

(байт/чнн).

где k — коэффициент использования ресурса.

Также, транспортный ресурс гибкого коммутатора, необходимый для передачи сообщений протокола MGCP, составляет:

(байт/чнн).

Суммарный минимальный полезный транспортный ресурс SX, требуемый для обслуживания вызовов в структуре транзитного коммутатора, составляет:

После приведения размерностей получаем:

где — коэффициент использования транспортного ресурса при передаче сигнальной нагрузки. Опираясь на литературу [1],, что соответствует нагрузке в 0.2 Эрл.

Значения,, принимаются условно, так как статистика этих данных не ведется, поэтому данный расчет не предназначается для практики, а является только условно-теоретическим.

Допустим:

,, ,

Исходя из полученного в качестве интерфейса подключения используется Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

4.3.3 Расчет транспортного ресурса для передачи сигнального трафика

Помимо пользовательской информации, на транспортный шлюз поступают сообщения протокола MGCP, для которых также должен быть выделен транспортный ресурс. А поскольку транспортный шлюз реализуется совместно с сигнальным, также следует учитывать ресурс для передачи сообщений протокола MXUA. Таким образом, общий транспортный ресурс MGW может быть вычислен по формуле:

Тогда, =12.2 Мбит/с

Чтобы получить ресурс, нужно 12.2 Мбит/с поделить на 4 (так как всего 4 маршрутизатора), получается немного больше

трех Мбит/с. Таким образом, ресурс для передачи сигнальной информации приблизительно можно принять равным 4 Мбит/с.

Получается, что =4 Мбит/с

104,4+4 = 108,4, Мбит/с

56 + 4 = 60, Мбит/с

100, Мбит/с

56, Мбит/с

4.4.4 Определение числа маршрутизаторов и необходимой производительности пакетной сети

Транспортный ресурс маршрутизаторов пакетной сети зависит от топологии сети, схемы организации связи и принимаемых решении по обеспечению резервирования и надежности.

Известно, что наибольшей надежности функционирования сети необходимо создавать резервирования транспортных потоков. Они необходимы для того, чтобы в случае выхода из строя одного маршрутизатора взаимодействие между оставшимися не пропадала. Таким образом, каждый из маршрутизаторов в случае аварии должен обслуживать полный транспортный поток от всех шлюзов. Исходя из этого мы примем число маршрутизаторов равным четырём, соответственно все обговорённые ранее условия будут выполнятся.

В пакетную сеть поступает доля пользовательской информации от шлюзов с ТфОП и информация сигнализации в направлении Softswitch. Это приводит к тому, что вся нагрузка замыкается через транзитные маршрутизаторы, то есть шлюзы на данном этапе не имеют собственных коммутаторов:

— средняя длинна пакета протокола IP, составляет 65 Кбайт.

Исходя из требований резервирования, минимальная производительность каждого из маршрутизаторов равна:

, пакетов/с

4.4.5 Определение интерфейсов

При определении емкостных ресурсов подключения будем исходить из следующих правил:

— для подключения используется стандартный интерфейс с превышением параметров информационного потока, если информационный поток равен 45 Мбит/с, то используется стандартный интерфейс 100 Мбит/с.

— каждый объект с целью резервирования подключается с резервным интерфейсом по схеме резервирования 1:1 — если необходим для обслуживания потока 1 интерфейс, то в емкостные параметры закладывается 2 интерфейса.

На площадке Тюменской АМТС нужно включить в сеть несколько устройств с интерфейсами Gigabit Ethernet (GЕ). Это различные сервера, СОРМ, Softswich, порт для администратора сети.

4.4. 6 Решения по обеспечению СОРМ

Требования системы обеспечения розыскных мероприятий СОРМ реализуются соответствующими программно-аппаратным комплексом в соответствии с законами РФ «О связи», «ОБ органах ФСБ в РФ», «Об оперативно-розыскной деятельности» приказом МС № 47 от 27. 03. 99 г., совместного решения Минсвязи и Минбезопасности Р Ф от 21. 09. 93 г., соглашения между Министерством связи и ФСБ РФ по вопросу внедрения технических средств СОРМ на сетях электросвязи России от 22. 01. 97., и требований лицензий на предоставление услуг передачи данных и телематических служб.

В данном проекте предусматривается точка съёма (порт FE) устройства СОРМ «Омега» производства ООО «Специальные технологии» на площадке Тюменской АМТС. Данное устройство предназначено для технического обеспечения контроля информации, передаваемой и принимаемой пользователями, в отношении которых проводятся оперативно-розыскные мероприятия, в процессе предоставления им услуг передачи данных, телематических служб, а также услуг пакетной передачи речевой информации (IP-телефонии).

Устройство «Омега» имеет стационарное исполнение в промышленном корпусе стандартного 19″ - го.

Устройство «Омега» предусматривается подключить к транзитному узлу в точке консолидации трафика абонентов. Получаемый трафик обрабатывается устройством с целью выделения информации контролируемых абонентов. Устройство «Омега» имеет возможность подключения к внутренней среде узла, построенной по технологии Ethernet 10/100/1000 Мбит/с. Физическое подключение устройства к сети является пассивным, т, е. передача каких либо-данных от «Омега» в сеть узла не производится, что гарантирует полное отсутствие влияния устройства «Омега» на функционирование оборудование узла.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой