Расчет параметров пропускной способности транспортной магистрали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчет пропускной способности транспортной магистрали

1.1 Канал передачи данных и Интернет

1.2 Канал передачи VoIP

1.3 Канал передачи IPTV

2. Обеспечение требуемой пропускной способности

3. Выбор оборудования и системы управления сетью

Заключение

Список использованных источников

Введение

В существующей транспортной сети оператора передается трафик следующих видов услуг:

а) речевой трафик абонентов районных АТС;

б) трафик услуги подключения к сети Интернет пользовательских и корпоративных сайтов;

в) трафик выделенных каналов передачи данных корпоративным пользователям и государственным службам;

г) трафик цифрового видеопотока в районы обслуживания провайдера с целью дальнейшей ретрансляции в стандарте DVB-T.

Перечисленные услуги, кроме 1-й, используют ресурсы сети Ethernet. На уровне транспорта данное разделение услуг отсутствует, а наблюдение ведется только за общей загрузкой каналов сети.

Примечание: отсутствие средств мониторинга и обеспечения качества обслуживания (задержка, потери пакетов, джиттер) в сети Ethernet не позволяет предоставлять дифференцированные услуги с гарантированными параметрами качества передачи.

По данным оператора в сети в моменты перегрузок с коэффициентом использования канала 0,7ч0,8 (более 700 Мб/с) наблюдается рост задержки передачи пакетов от до 400-500 мс, что сравнимо с задержкой передачи по спутниковому каналу, это сказывается на качестве предоставления услуг и медленной работе пользовательских сетевых приложений. При коэффициенте загрузке канала более 0,8 в сети наблюдаются потери пакетов до 10ч20% что является недопустимым для работы транспортной сети.

Для решения данных проблем необходимо определить интенсивность нагрузки по каждой услуге, и рассчитать пропускную способность магистрального канала с учетом требований к задержке и потерям пакетов.

На уровне транспорта дифференцирование трафика можно обеспечить за счет поля Exp в метке пакета MPLS-TP. Данное поле размером 3 бита, позволяет различать 8 видов услуг, а за счет расширения поля до 8 бит определять 256 типов информационных потоков.

Качество обслуживания каждой услуги будет обеспечиваться за счет:

а) выделения рассчитанной пропускной способности магистрального канала и очереди (буфера) требуемого размера;

б) применения политик обслуживания очередей QoS;

в) за счет средств мониторинга параметров качества передачи.

В дальнейшем ограничимся расчетом требуемой пропускной способности с учетом задержки для услуг видеовещания (IPTV), передачи голоса (VoIP) и передачи данных (Интернет).

Это ограничение можно объяснить тем, что все виды услуг для конечных пользователей базируются на 3 основных элементах: речь, видео и данные. Тем самым, обеспечив качество передачи данных типов трафика, мы заложим основу для качественного предоставления остальных услуг, работающих поверх IP.

В планах оператора подключить все районные АТС к сети NGN, где коммутация будет осуществляться с помощью технологии SoftSwitch с управлением по протоколу H.248, а речевой трафик будет кодироваться кодеком G.711 и инкапсулироваться в IP/Ethernet пакеты в специальном шлюзе UMG, подключенным непосредственно АТС с клиентской стороны и к районному коммутатору в направлении SoftSwitch.

Так же необходимо включить в расчет нагрузку от трансляции цифрового видеопотока в районы обслуживания провайдера для дальнейшего вещания в стандарте DVB-T.

Таким образом, проектируемая транспортная сеть будет предоставлять следующие типы услуг передачи информации:

- предоставление услуг передачи данных и подключение пользовательских, корпоративных сайтов к сети Интернет; трансляция цифрового видеопотока (IPTV);

- передача голоса поверх IP (VoIP);

- трансляция цифрового видеопотока для DVB-T.

Расчет параметров поступающей нагрузки будем вести в соответствии с методикой [13]. При этом выберем направление А-Б. Такой выбор объясняется тем, что в пункте А находится центр предоставления услуг (центр цифрового вещания ТВ, точка подключения к сети Интернет, SoftSwitch и т.д.), а направление Б является наибольшим потребителем трафика, по сравнению с другими направлениями и в нем проживает наибольшее число абонентов (за исключением пункта А).

1. Расчет пропускной способности транспортной магистрали

Транспортная магистраль представляет собой канал передачи данных между районным коммутатором и центральным коммутатором.

Информационные потоки в пакетной транспортной сети (данные, VoIP, IPTV) проявляют свойства самоподобия, то есть характеризуются высокой пачечностью, долгосрочными зависимостями и наличием последействия. Данное положение рассмотрено в статье [11].

Задачей выбора параметров магистрального канала является расчет необходимой пропускной способности канала передачи, а так же размера выходного буфера, в соответствии с интенсивностью поступающей нагрузки, требуемым задержкам и вероятностью потерь пакетов.

Параметры качества обслуживания QoS (задержка и вероятность потерь) нормируются для различных видов трафика.

Для расчета пропускной способности линейного интерфейса, воспользуемся методиками [14,15].

Работу магистрального канала с выходным буфером по обслуживанию поступающей нагрузки можно описать моделью систем массового обслуживания с входящим самоподобным потоком и детерминированным временем обслуживания:

f_BM/D/1,

где f_BM - фрактальное броуновское движение, являющееся самоподобным процессом;

D - детерминированный процесс обслуживания;

1 - одно устройство обслуживания, в нашем случае - канал передачи c буфером.

Данная система - fBM/D/1 имеет аналитическое решение в виде формулы Нороса (источник [12]):

(1.1)

где - коэффициент использования ресурса сети;

л - интенсивность поступающей нагрузки;

м - интенсивность обслуживания нагрузки, а в нашем случае и есть искомая пропускная способность;

H - параметр Херста, для самоподобных процессов H = 0,9;

x - необходимый объем выходного буфера, требуемый для обслуживания поступающей нагрузки, при вероятности потерь стремящейся к нулю.

Формула 1.1 актуальная для процессов, проявляющих свойства самопоподобия, и связывает между собой интенсивность поступающей нагрузки, пропускную способность магистрального канала и объем буфера.

В соответствии с методиками [14, 15]:

(1.2)

где T - задержка пакета, складывающаяся из времени нахождения пакета в очереди и времени передачи пакета по каналу связи;

л - параметр поступающего потока в пак/с;

y - поступающая нагрузка в бит/с;

c - пропускная способность канала бит/с;

H - параметр Херста, характеризующий степень самоподобия.

(1.3)

где P - вероятность потерь пакетов;

л - параметр поступающего потока в пак/с;

м - интенсивность обслуживания канала передачи в пак/с;

H - параметр Херста, характеризующий степень самоподобия;

x - необходимый объем выходного буфера, требуемый для обслуживания поступающей нагрузки;

a - коэффициент разногласий в канале связи;

.

Таким образом, исходя из параметра входящего информационного потока, мы можем выбрать такую пропускную способность канала, при которой рассчитанный размер буфера (формула 1.1) будет обеспечивать требуемые задержки и величину потерь пакетов (формулы 1.2, 1.3) в канале связи. Причем величина потерь пакетов при данном размере буфера x будет стремиться к нулю, чтобы обеспечить наивысшее качество обслуживания, исходя из чего, в дальнейшем будем считать, что вероятность потерь пакетов P будет равна нулю.

Суммарная требуемая пропускная способность и размер буфера определяются соответственно:

; (1.4)

; (1.5)

где C - искомая пропускная способность магистрального канала;

- необходимая пропускная способность для обслуживания i-го потока;

1,2 - коэффициент запаса на расширяемость сети;

X - искомый размер выходного буфера магистрального канала;

- необходимый размер буфера для обслуживания i-го потока.

Технология MPLS-TP, а так же применяемые методы QoS позволяют каждому типу трафика выделять требуемую ширину канала из общей пропускной способности магистрали и требуемый размер буфера для гарантированного качества обслуживания, а в нашем случае - гарантированной задержки в моменты перегрузок на сети, которые могут случаться в короткие промежутки времени в период ЧНН.

Необходимо учитывать тот факт, что реальный параметр информационных потоков, будет отличаться от рассчитанных в разделе 3, так как передача пакетов ведется с помощью нескольких протоколов, каждый из которых вносит добавочную служебную информацию (заголовок) к пользовательским данным, что увеличивает объем передаваемой информации и соответственно интенсивность нагрузки потока данных.

1.1 Канал передачи данных и Интернет

Параметр информационного потока данной услуги рассчитаем по формуле:

, (1.1.1)

где - интенсивность нагрузки;

n - длина пакета.

Длину пакета n примем за максимальную возможную для технологии GE 1500 байт, так как пакеты максимальной длины имеют наибольшие задержки при передаче.

n = 1500 байт = 12000 бит.

При самоподобном входящем потоке резкое возрастание задержек пакетов происходит уже при с = 0,6, где с - отношение интенсивности нагрузки к пропускной способности канала:



Рассчитаем необходимый размер буфера и задержку пакета для pЄ [0,6:1) , с шагом 0,1 (формулы 1.1, 1.2), результаты приведем в таблицу 1.1.1

Таблица 1.1.1

Результаты расчета параметров QoS

y, Мб/с	л, пак/с	c, Мб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
774,9	58002	1160,04	96670	0,6	297	0,031264
774,9	58002	994,32	82860	0,7	8539	3,112616
774,9	58002	870,036	72503	0,8	640001	3850,691
774,9	58002	782,052	65171	0,89	236818632	3,64662E+13

где y - интенсивность поступающей нагрузки;

л - параметр потока;

c - пропускная способность канала;

м - интенсивность обслуживания каналом поступающей нагрузки;

с - коэффициент использования канала;

x - требуемый размер буфера;

T - задержка на передачу.

По полученным значениям (таблица 1.1.1) построим графики зависимости задержки и необходимого размера буфера от величины пропускной способности канала при фиксированной нагрузке y, Мб/с.

Рисунок 1.1.1 - График зависимости размера буфера от пропускной способности канала

Рисунок 1.1.2 - График зависимости задержки на передачу от пропускной способности канала

Трафик передачи данных и Интернет представляет собой смешение информационных потоков различного типа, поэтому стандарты QoS не регламентируют нормы по задержке, они лишь определяют классы сетей в зависимости от величины задержки и доли потерь пакетов (таблица 1.1.2).

Таблица 1.1.2

Нормы QoS для сетей различных классов

Класс сети	Потери пакетов %	Класс QoS	Задержки, мс
I	0,5	Высокий	40
		Средний	90
		Доступный	340
II	1	Высокий	30
		Средний	80
		Доступный	330
III	2	Высокий	10
		Средний	60
		Доступный	310

Рассчитаем такое значение пропускной способности, при которой параметры задержки и потерь (P>0) будут отвечать требованиям сети I класса (класс QoS -- высокий).

Как видно из таблицы 1.1.1 необходимое значение пропускной способности лежит в пределах c = 994,32-1160,04 Мб/с.

Рассчитаем параметры задержки и необходимый размер буфера для p Є [0,6:0,7], с шагом 0,01.

Результаты расчетов приведем в таблицу 1.1.3

Таблица 1.1.3

Результаты расчета параметров QoS

y, Мб/с	л, пак/с	c, Мб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
774,9	58002	1160,04	96670	0,6	297	0,0312638
774,9	58002	1141,032	95086	0,61	405	0,0469130
774,9	58002	1122,624	93552	0,62	555	0,071071
774,9	58002	1104,804	92067	0,63	764	0,1087543
774,9	58002	1087,548	90629	0,64	1058	0,1682314
774,9	58002	1070,808	89234	0,65	1473	0,2634972
774,9	58002	1054,584	87882	0,66	2063	0,4180989
774,9	58002	1038,852	86571	0,67	2910	0,6729390
774,9	58002	1023,576	85298	0,68	4133	1,1007572
774,9	58002	1008,732	84061	0,69	5916	1,8332683
774,9	58002	994,32	82860	0,7	8539	3,1126156

По полученным значениям (таблица 1.1.3) построим графики зависимости задержки и необходимого размера буфера от величины пропускной способности канала при фиксированной нагрузке y Мб/с, которые представлены на рисунках 1.1.3, 1.1.4.

Рисунок 1.1.3 - График зависимости размера буфера от пропускной способности канала

Рисунок 1.1.4 - График зависимости задержки на передачу от пропускной способности канала

Из полученных результатов мы видим, что для обеспечения требуемых параметров QoS, которым должны отвечать сети определенного класса, необходимо выделить для услуги подключения Интернет и передачи данных полосу пропускания со скоростью не менее 1141,032 Мб/с.

Так как расчет полосы пропускания производился для пакетов без учета заголовков Ethernet и MPLS-TP, необходимо включить служебные данные в расчет.

, (1.1.2)

где - рассчитанная пропускная способность Мб/с;

- рассчитанная интенсивность обслуживания пак/с;

preamble - преамбула в передачи Ethernet кадра 7 байт, 56 бит;

frame delimiter - разделитель кадров 1 байт, 8 бит;

Eth header - заголовок Ethernet 18 байт, 144 бит;

IFG - межкадровый интервал 12 байт, 96 бит;

MPLS-TP header - две метки MPLS-TP по 8 байт, 32 бита каждая.

Таким образом, конечное значение необходимой полосы пропускания составит: 1176,024 Мб/с.

Требуемая пропускная способность с учетом транспортных и канальных заголовков составит с = 1176,024 Мб/с, а доля служебных данных 2,98%, причем необходимо использовать буфер размером х = 405 пакетов.

1.2 Канал передачи VoIP

Параметры VoIP и H.248 потока, исходя из интенсивностей речевого и сигнального трафиков:

, (1.2.1)

(1.2.2)

где , - интенсивности нагрузок речевого и сигнального трафиков соответственно;

- средняя длина речевого пакета, 160 байт;

- средняя длина сообщения H.248, 200 байт;

8 - количество бит в байте;

10³ - количество бит в Килобите.

Параметр VoIP и H.248 потока (по формулам 1.2.1, 1.2.2).

Аналогично пункту 1.1, рассчитаем параметры задержки и необходимый размер буфера для pЄ[0,6:1), с шагом 0,1 (формулы 1.1 1.2), результаты приведены в таблице 1.2.1.

трафик видеопоток провайдер сеть



Таблица 1.2.1

Результаты расчета параметров VoIP

y, Кб/с	л, пак/с	c, Кб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
29582,25	2465,188	49308	4109	0,6	297	0,072319
29582,25	2465,188	42264	3522	0,7	8539	2,419287
29582,25	2465,188	36984	3082	0,8	640001	206,2386
29582,25	2465,188	32880	2740	0,9	590490001	209494,7

По полученным значениям (таблица 1.2.1) построим графики зависимости задержки и необходимого размера буфера от величины пропускной способности канала при фиксированной нагрузке y = 29582,25 Кб/с, которые представлены на рисунках 1.2.1, 1.2.2.

Рисунок 1.2.1 - График зависимости размера буфера от пропускной способности канала

Рисунок 1.2.2 - График зависимости задержки на передачу от пропускной способности канала

Требования к задержкам при передаче VoIP пакетов менее жесткие, чем требования к сетям первого класса с наивысшим качеством QoS. Кодек G.711 со средней длительностью пакета 20мс и размером пакета 160 байт допускает задержку пакета до 150 мс.

Как видно из таблицы 1.2.1 необходимое значение пропускной способности лежит в пределах с = 42264-49308 Кб/с.

Рассчитаем параметры задержки и необходимый размер буфера для p Є[0,6:0,7] , с шагом 0,01.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.2.2.

Таблица 1.2.2

Результаты расчета параметров VoIP

y, Кб/с	л, пак/с	c, Кб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
29582,25	2465,188	49308	4109	0,6	297	0,072319
29582,25	2465,188	48504	4042	0,61	405	0,100022
29582,25	2465,188	47724	3977	0,62	555	0,139066
29582,25	2465,188	46956	3913	0,63	764	0,195406
29582,25	2465,188	46224	3852	0,64	1058	0,274511
29582,25	2465,188	45516	3793	0,65	1473	0,387492
29582,25	2465,188	44832	3736	0,66	2063	0,549476
29582,25	2465,188	44160	3680	0,67	2910	0,787698
29582,25	2465,188	43512	3626	0,68	4133	1,134436
29582,25	2465,188	42876	3573	0,69	5916	1,652822
29582,25	2465,188	42264	3522	0,7	8539	2,419287

По полученным значениям (таблица 1.2.2) построим графики зависимости задержки и необходимого размера буфера от величины пропускной способности канала при фиксированной нагрузке у = 29582,25 Кб/с, которые представлены на рисунках 1.2.3, 1.2.4.

Из полученных результатов мы видим, что для обеспечения требуемых параметров VoIP, которые необходимы для качественной передачи речевой информации, нужно выделить полосу пропускания не менее с = 47724 Кб/с.



Рисунок 1.2.3 - График зависимости размера буфера от пропускной способности канала

Рисунок 1.2.4 - График зависимости задержки на передачу от пропускной способности канала

Так как расчет полосы пропускания производился для пакетов без учета заголовков Ethernet и MPLS-TP, необходимо включить служебные данные в расчет (формула 1.1.2):

Требуемая пропускная способность с учетом транспортных и канальных заголовков составит с = 47725,46 Кб/с, причем необходимо использовать буфер размером х = 555 пакетов.

1.3 Канал передачи IPTV

Определим параметр IPTV потока и потока для DVB-T по формулам:

; (1.3.1)

; (1.3.2)

где , - интенсивности нагрузок потока IPTV и потока для DVB-T соответственно;

n -длина пакета;

10⁶ - количество бит в Мегабите.

Формат видео-вещания MPEG 2 и MPEG 4 предполагает размещение видеокадров в канальных кадрах максимального размера, что для технологии GE составляет 1500 байт, 12000 бит.

Параметры потоков (по формулам 1.3.1, 1.3.2):

Аналогично пункту 1.1, рассчитаем параметры задержки и необходимый размер буфера для самоподобного потока IPTV для pЄ[0,6:1) , с шагом 0,1 (формулы 1.1 1.2), результаты приведены в таблице 1.3.1.

Таблица 1.3.1

Результаты расчета параметров IPTV

y, Мб/с	л, пак/с	c, Мб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
125	10416,67	208,344	17362	0,6	297	0,017126
125	10416,67	178,572	14881	0,7	8539	0,573828
125	10416,67	156,252	13021	0,8	640001	49,12566
125	10416,67	138,9	11575	0,9	?	50664,63

По полученным значениям (таблица 1.3.1) построим графики зависимости задержки и необходимого размера буфера от величины пропускной способности канала при фиксированной нагрузке 125 Мб/с, которые представлены на рисунках 1.3.1, 1.3.2.

Рисунок 1.3.1 - График зависимости размера буфера от пропускной способности канала

Рисунок 1.3.2 - График зависимости задержки на передачу от пропускной способности канала

Требования к задержкам при передаче IPTV пакетов (MPEG 4) аналогичны требованиям к сетям второго класса с высоким показателем QoS (таблица 1.1.2), что соответствует задержке на передачу в 30 мс. Как видно из таблицы 1.3.1 необходимое значение пропускной способности лежит в пределах с = 178,572-208,344 Мб/с.

Рассчитаем параметры задержки и необходимый размер буфера для pЄ [0,6:0,7], с шагом 0,01.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.3.2.

Таблица 1.3.2

Результаты расчета параметров IPTV

y, Мб/с	л, пак/с	c, Мб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
125	10416,67	208,344	17362	0,6	297	0,017126
125	10416,67	204,924	17077	0,61	405	0,02374
125	10416,67	201,624	16802	0,62	555	0,033026
125	10416,67	198,42	16535	0,63	764	0,046209
125	10416,67	195,324	16277	0,64	1058	0,064935
125	10416,67	192,312	16026	0,65	1473	0,091878
125	10416,67	189,396	15783	0,66	2063	0,130715
125	10416,67	186,576	15548	0,67	2910	0,186958
125	10416,67	183,828	15319	0,68	4133	0,269659
125	10416,67	181,164	15097	0,69	5916	0,39165
125	10416,67	178,572	14881	0,7	8539	0,573828

По полученным значениям (таблица 1.3.2) построим графики зависимости задержки и необходимого размера буфера от величины пропускной способности канала при фиксированной нагрузке 125 Мб/с, которые представлены на рисунках 1.3.3, 1.3.4.

Рисунок 1.3.3 - График зависимости размера буфера от пропускной способности канала

Из полученных результатов мы видим, что для обеспечения требуемых параметров QoS, которые необходимы для качественной передачи видео потока, нужно выделить полосу пропускания не менее с = 204,924 Мб/с.

Рисунок 1.3.4 - График зависимости задержки на передачу от пропускной способности канала

Так как расчет полосы пропускания производился для пакетов без учета заголовков Ethernet и MPLS-TP, необходимо включить служебные данные в расчет (формула 1.1.2).

Требуемая пропускная способность с учетом транспортных и канальных заголовков составит c = 211,2083 Мб/с, причем необходимо использовать буфер размером x = 405 пакетов.

Для цифрового видеопотока DVB-T необходимо выделить полосу пропускания 60 Мб/с, т.к. значение его нагрузки является постоянной величиной.

Суммарная пропускная способность и размер буфера составят (по формулам 1.4, 1.5):

С = С₁+С₂+С₃+ С₄ = 1176,024+47,72+211,21+60 = 1494,954 [Мб/с];

Х = Х₁+Х₂+Х₃+Х₄ = 405+555+405+297 = 1662 [пакета]

Таким образом, для обеспечения параметров QoS для трех типов услуг, в направлении А-Б требуется выделить пропускную способность магистрального канала 1494,954 Мб/с. На текущий момент используется технология GE, которая не может обеспечить данную ширину канала, вследствие чего необходимо применить альтернативные решения.



2. Обеспечение требуемой пропускной способности

Используемый на текущий момент в транспортной сети стандарт Gigabit Ethernet, не способен обеспечивать требуемую пропускную способность 1494 Мб/с. Для решения данной проблемы можно воспользоваться следующими вариантами:

а) объединение двух физических каналов стандарта GE в один логический по технологии агрегации каналов LACP 802.3ae.

б) переход на более скоростной стандарт 10 Gigabit Ethernet.

В первом случае, объединение двух гигабитных каналов позволило бы нам создать оптимальный канал передачи. С одной стороны, обеспечивалась бы требуемая пропускная способность с максимальным запасом 600 Мб/с, с другой стороны, изменения не затронули бы уровень DWDM, который обеспечивает передачу информации со скоростью 2,5 Гб/с соответствующей уровню STM-16.

Второй вариант является более радикальным и предполагает изменения, как на уровне транспорта, так и на уровне DWDM, что потребует больших капиталовложений, но при этом даст 6-ти кратный запас по емкости, по сравнению с первым вариантом, что позволит увеличить среднюю скорость подключения абонента и повысить качество обслуживания.

Проведя дополнительный анализ функциональности DWDM оборудования, было выявлено следующее: DWDM мультиплексор Huawei Metro 6100 не поддерживает стандарт объединения каналов LACP 802.3ae и способен мультиплексировать только два различных канала передачи Gigabit Ethernet, что полностью исключает первый вариант модернизации; для реализации второго варианта, необходимо заменить только терминальные платы включения клиентского оборудования на платы, поддерживающие стандарт 10GE, переключение линейного интерфейса со скорости 2,5 Гб/с (STM-16) на 10 Гб/c (STM-64) производится программным путем и не требует установки дополнительного оборудования, а также исключает изменения в оптическом тракте передачи, за счет оптимального разнесения оптических каналов 100 ГГц.

При выборе в качестве канальной технологии 10GE, коэффициент использования канала в направлении самого нагруженного направления составит (/10000)*100%, что оказывается не выгодным с точки зрения затраченных и не используемых ресурсов сети. Запас по пропускной способности магистрального канала позволяет расширить базу абонентов, увеличить среднюю скорость подключения абонента, увеличить число абонентов VoIP, увеличить число каналов IPTV, а так же предоставлять выделенный широкополосный доступ корпоративным клиентам с гарантированным качеством обслуживания для организации виртуальных частных сетей между удаленными филиалами провайдера.

Исходя из того, что наибольшей популярностью среди абонентов пользуется услуга доступа в Интернет, определим среднюю скорость подключения абонента для текущей емкости абонентской базы, с учетом того что нагрузка VoIP и число каналов IPTV останутся прежними.

Расчет будем вести аналогично методикам, описанным в разделе 1, с учетом того, что входными данными будет являться имеющаяся пропускная способность магистрального канала 10 Гб/с, а неизвестным - максимальная нагрузка по услуге подключения к сети Интернет.

Пропускная способность канала с учетом требуемых пропускных способностей для VoIP и IPTV составит:

С = 10000-(+) = 10000-(47,72+211,21) = 9741,07 (Мб/с)

По формулам 1.1 и 1.2 определим максимальное значение нагрузки на канал передачи, при котором задержки не превысят 30мс. Расчет будем вести для pЄ [0,6:1), с шагом 0,1, результаты приведены в таблице 2.1.1.



Таблица 2.1.1

Результаты расчета параметров QoS

y, Мб/с	л, пак/с	c, Мб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
5844,64	487137	9742,73	811895	0,6	297	0,000367
6818,74	568326,5	9742,73	811895	0,7	8539	0,010518
7792,85	649516	9742,73	811895	0,8	640001	0,788281
8766,96	730705,5	9742,73	811895	0,9	?	727,2985

Как видно из таблицы 2.1.1, разрешенное значение нагрузки лежит в пределах от 6818,74 Мб/с до 7792,85 Мб/с.

Рассчитаем параметр нагрузки для pЄ[0,7:0,8], с шагом 0,01, результаты расчетов приведены в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.2

Результаты расчета параметров QoS

y, Мб/с	л, пак/с	c, Мб/с	м, пак/с	p	x, пак	T, с
6818,749	568229,2	9741,07	811756	0,7	8539	0,01052
6916,16	576346,8	9741,07	811756	0,71	12437	0,015322
7013,57	584464,3	9741,07	811756	0,72	18292	0,022534
7110,981	592581,9	9741,07	811756	0,73	27186	0,033491
7208,392	600699,4	9741,07	811756	0,74	40870	0,050348
7305,803	608817	9741,07	811756	0,75	62208	0,076635
7403,213	616934,6	9741,07	811756	0,76	95977	0,118235
7500,624	625052,1	9741,07	811756	0,77	150281	0,185132
7598,035	633169,7	9741,07	811756	0,78	239150	0,294608
7695,445	641287,2	9741,07	811756	0,79	387402	0,477241
7792,856	649404,8	9741,07	811756	0,8	640001	0,788415

Из полученных результатов нам видно, что для обеспечения требуемых параметров QoS, которым должны отвечать сети I класса, максимальная нагрузка услуги подключения Интернет и передачи данных должна составить не более y = 7110,98 Мб/с.

Из расчета пропускной способности необходимо исключить пакеты заголовков Ethernet и MPLS-TP - служебные данные.

Таким образом, конечное значение максимально возможной нагрузки составит:

y = 6892,91 Мб/с,

причем необходимо использовать буфер размером x = 27186 пакетов.

Современное оборудование 10GE может иметь размер буфера на порт до 64 МБ.

Рассчитав максимально возможную нагрузку на канал передачи данных и Интернет, определим среднюю скорость подключения абонента по формуле 2.1.1.

Используя методику [13], рассчитаем нагрузку для услуги передачи данных и доступа в сеть Интернет по следующей формуле:

, (2.1.1)

где N - количество абонентов, подключенных к услуге передачи данных и доступа в сеть Интернет;

- средняя скорость подключения абонента, МБ/с;

- время, необходимое для приема среднемесячного объема данных на максимальной скорости доступа, сутки;

30 - среднее количество суток в месяце.

По данным оператора количество абонентов подключенных к услуге предоставления доступа в сеть Интернет составляет 5240 абонентов, причем максимальная емкость подключения составляет 6799 абонентов за счет свободных портов. Объем потребляемого трафика абонентами в направление Б за самый нагруженный месяц - V = 34000,9 ГБ. Средняя скорость подключения одного абонента составляет = 1 Мб/с.

Рассчитаем интенсивность нагрузки потребляемого трафика абонентами, подключенными к услуге передачи данных и Интернет (формула 2.1.1):



= ((V/)*8)/*

Примем, что при увеличении средней скорости подключения на 1 Мб/с, объем потребляемого трафика одним пользователем вырастает на 100% от потребляемого объема при скорости подключения 1 Мб/c.

Рассчитаем данный объем исходя из входных данных оператора:

, МБ (2.1.2)

где - потребляемый объем трафика абонентом, при скорости подключения 1 Мб/с;

V - объем потребляемого трафика абонентами в пункте Б, за самый нагруженный месяц в году;

- число подключенных абонентов к услуге передача данных и Интернет.

Составим таблицу зависимости создаваемой пользователями нагрузки на магистральный канал, от средней скорости подключения. Емкость абонентской базы по заданию от оператора оставим прежней N = 5240 аб. Результаты представим в таблице 2.1.3.

Таблица 2.1.3

Зависимость нагрузки от скорости подключения

Средняя скорость подключения, МБ/с	Объем потребляемого трафика одним пользователем/месяц, МБ	Нагрузка на магистральный канал, Мб/с
1	64885,4979	1049,382744
2	129770,9958	2098,765488
3	194656,4937	3148,148231
4	259541,9916	4197,530975
5	324427,4895	5246,913719
6	389312,9874	6296,296463
7	454198,4853	7345,679207
8	519083,9832	8395,061951
9	583969,4811	9444,444694
10	648854,979	10493,82744
11	713740,4769	11543,21018
12	778625,9748	12592,59293
13	843511,4727	13641,97567
14	908396,9706	14691,35841
15	973282,4685	15740,74116
16	1038167,966	16790,1239
17	1103053,464	17839,50665
18	1167938,962	18888,88939
19	1232824,46	19938,27213
20	1297709,958	20987,65488

Таким образом, для того что бы обеспечить требуемую задержку в 40 мс и не превысить нагрузку в 6799,646 Мб/с на магистральный канал, необходимо установить среднюю скорость подключения абонента 6 Мб/с, что позволит подключать как юридических клиентов так и физических лиц, варьируя скорость подключения в широких пределах.



3. Выбор оборудования и системы управления сетью

Определим набор требований, предъявляемых к оборудованию, на базе которого будет функционировать проектируемая транспортная сеть MPLS-TP с заданными параметрами:

а) поддержка стандарта транспортной сети MPLS-TP;

б) не менее 1-го оптического порта SFP GE, емкость коммутационной матрицы не менее 40 Гб/с для районных коммутаторов;

в) не менее 1-го порта 10GE, не менее 10-ти оптических портов SFP GE и емкость коммутационной матрицы не менее 320 Гб/с для центрального коммутатора;

г) функции статической и динамической маршрутизации IP;

д) наличие функций дублирования и резервирования;

е) поддержка протокола multicast вещания: IGMP;

ж) возможность подключения плат E1;

з) емкость выходного буфера не менее 27,8 Мегабайт для центрального коммутатора.

Стандарт MPLS-TP будет выполнять основные функции по транспортировке и коммутации пакетов, организации каналов сигнализации, обеспечит работу мультисервисной пакетной транспортной сети в соответствии с требованиями оператора по надежности, управляемости и качеству обслуживания.

Оптические порты FE/GE/10GE нужны как для подключения устройств сети доступа, так и для организации магистральных каналов, минимальное количество портов на одном коммутаторе, а так же емкости коммутационных матриц определены требованиями оператора.

Функции статической и динамической маршрутизации IP необходимы для обеспечения первоначальной наладки и дальнейшей эксплуатации сети.

Функции дублирования и резервирования могут быть как общими для всех производителей, так и специфическими для каждого производителя в частности, поэтому здесь необходимо учесть совместимость работы оборудования различных фирм.

Протоколы multicast вещания необходимы для организации и эффективного предоставления услуг IPTV.

Платы E1 требуются для временного подключения тех районных АТС, на которых еще не был установлен UMG шлюз, а так же для подключения синхронных интерфейсов корпоративных клиентов (филиалы банков, службы такси и т.д.). Количество потоков E1, а, соответственно, и количество синхронных интерфейсов выбирается исходя из текущей конфигурации АТС каждого района. Центральный коммутатор должен конфигурироваться без модулей E1.

Наличие требуемого размера буфера определяет характеристики QoS для качественного предоставления мультисервисных услуг.

В ходе анализа рынка телекоммуникаций на момент проектирования были выявлены следующие решения ведущих производителей с поддержкой новейшего стандарта MPLS-TP:

- семейство мультисервисных коммутаторов Alcatel-Lucent 1850 TSS;

- семейство мультисервисных коммутаторов Ericsson Marconi;

- семейство мультисервисных коммутаторов Huawei CX;

Семейство мультисервисных коммутаторов представляет собой иерархический ряд моделей, где старшая модель имеет наибольшую емкость коммутационной матрицы (порядка несколько сотен Гб/с) и поддержку всех заявленных для семейства транспортных технологий передачи. Все остальные, более младшие модели семейства, являются ограниченными (“урезанными”) версиями старшей модели, то есть имеют меньшую пропускную способность коммутационной матрицы и ограниченный набор интерфейсов.

Для всех перечисленных семейств мультисервисных коммутаторов справедливо, что самая старшая модель является модульным решением и может комплектоваться только теми модулями (10GE, GE, FE, PDH, SDH, DWDM), которые необходимы оператору. Младшие модели, в свою очередь, помимо малой емкости коммутационной матрицы, как правило, поставляются готовым решением, без возможности компоновки модулей.

Исходя из перечисленных условий, диктуемых рынком телекоммуникационного оборудования, решение для организации центрального узла транспортной сети будем выбирать из старших моделей каждого семейства, с выбором только тех модулей, которые необходимы оператору для организации транспортной сети. Решение в качестве районных узлов будем выбирать из младших моделей, причем преимущество будут иметь модульные решения, т.к. в будущем может понадобиться наращивание числа интерфейсов.

Для сравнения характеристик заявленных решений составим две таблицы: в первую таблицу включим все старшие модели перечисленных семейств, подходящие для работы в качестве центрального коммутатора, во вторую - младшие модели, подходящие для работы в качестве районного коммутатора.

Таблица 3.1

Сравнительная характеристика мультисервисных решений для работы в качестве центрального коммутатора

Модель/Параметры	1850 TSS - 320	Marconi SPT 2700	CX 600-X2
Емкость коммутационной матрицы, Гб/с	320	800	450
Количество модулей шасси	16	16	8
Интерфейсы Ethernet	16xGE/SFP	48xFE/GE/SFP	8xFE/SFP
			8xFE/GE/SFP
Кол-во/Тип на 1 модуль	2x10GE/XFP	5x10GE/XFP	2x10GE/SXFP
Емкость MAC таблицы тыс. записей/услугу	256	512	256
Размер выходного буфера (10GE) Мб	64	64	64
Размер полки, мм(ШxГxВ)	532x290x624	496x280x1124	442x220x222
Потребляемая мощность одной полки, Вт	3500	2000	650

Рассматривая перечисленные в таблице 3.1 модели, отметим, что все коммутаторы поддерживают необходимые протоколы для работы транспортной сети MPLS-TP и предоставления мультисервисных услуг (передача данных, IPTV, VoIP). Отличие данных моделей заключается только в технических параметрах: емкости коммутационной матрицы, количества модулей, плотности портов на один модуль и т.д.

Наиболее подходящий моделью, удовлетворяющей выше перечисленным требованиям, является коммутатор Alcatel-Lucent 1850 TSS -320. По сравнению с альтернативными решениями Alcatel-Lucent 1850 TSS-320 имеет наибольшую емкость коммутационной матрицы, что позволит в дальнейшем нарастить абонентскую базу, а, соответственно увеличить объемы коммутируемого трафика в сети; имеет высокую плотность портов 10GE/SFP на один модуль, что дает возможность сократить расходы на вновь приобретаемое оборудование и на будущую расширяемость сети; имеет требуемый размер буфера для обеспечения качества предоставляемых услуг транспортной сетью; имеет наибольшую емкость MAC таблицы, что так же позволит наращивать абонентскую базу и включать дополнительные услуги на сети.

Два других решения имеют предельные технические параметры, которые ограничивает их применение. Выбор одного из таких решений не позволил бы оператору в будущем расширять сеть и вводить новые услуги, а результатом бы стала покупка дополнительного шасси. В случае же выбора Alcatel-Lucent 1850 TSS-320, при необходимости расширения сети, уже будет присутствовать запас по емкости коммутационной матрицы на одно шасси и необходимым будет только покупка дополнительного модуля с требуемыми интерфейсами GE/10GE, что существенно уменьшает затраты по сравнению с покупкой дополнительного шасси.

Перечисленные в таблице 3.2 модели поддерживают все необходимые протоколы для работы транспортной сети MPLS-TP и предоставления мультисервисных услуг (передача данных, IPTV, VoIP). Отличие данных решений заключается только в технических параметрах: емкости коммутационной матрицы, количества модулей, плотности портов на один модуль и т.д.

Таблица 3.2

Сравнительная характеристика мультисервисных решений для работы в качестве районного коммутатора

Модель/Параметры	1850 TSS - 100	OMS 1400	CX 300
Емкость коммутационной матрицы, Гб/с	100	80	48
Количество модулей в шасси	12	8	6
Интерфейсы Ethernet Кол-во/Тип на 1 модуль	8xFE/GE/SFP 1x10GE/XFP	8xFE/GE/RG-45 10xFE/GE/SFP 1x10GE/XFP	16xFE/RG-45/SFP 4xGE/RG-45/SFP 4xGE/SFP/24
Интерфейсы E1 на один модуль/Максимальное количество интерфейсов на шасси	56/392	12/60	-
Емкость MAC таблицы тыс. записей	64	64	32
Размер выходного буфера в пакетах	4096	4096	4096
Размер полки, мм (ШxГxВ)	532x287x620	88x445x240	442x225x264
Потребляемая мощность одной полки, Вт	800	350	360

Сформируем список необходимых модулей для Alcatel-Lucent 1850 TSS-320 в соответствии с указанными выше требованиями оператора.

Шасси центрального коммутатора на базе Alcatel-Lucent 1850 TSS-320 должно содержать следующие модули (таблица 3.3)

Таблица 3.3

Комплектация центрального коммутатора

Тип модуля Alcatel-Lucent 1850 TSS-320	Количество, шт.
Базовое шасси	1
Коммутационная матрица емкостью 800 Гб/с	3
Модуль с поддержкой интерфейса 10GEx5/XFP	2
Модуль с поддержкой интерфейса GEx48/SFP	20

Шасси районного коммутатора на базе Alcatel-Lucent 1850 TSS-100 должно содержать следующие модули (таблица 3.4).

Примечание: коммутационная матрица платформы Alcatel-Lucent совмещается с линейными интерфейсами в одном модуле.

Таблица 3.4

Комплектация районного коммутатора

Тип модуля Alcatel-Lucent 1850 TSS-100	Количество, шт.
Базовое шасси	1
Коммутационная матрица емкостью 80 Гб/с,	2
совмещенная с линейным интерфейсом 10GE
Модуль с поддержкой интерфейса GEx10/SFP
Модуль с поддержкой интерфейса FEx8/RJ-45	2
Модуль с поддержкой интерфейса E1x12	(Опционально)

Для обеспечения надежности, в случае выхода из строя одного из коммутаторов, необходимо применить схему защиты 1:1, то есть полностью продублировать оборудование, как в центральном, так и районном сегментах сети. Рассчитаем значение силы тока для питающего кабеля:

Воспользуемся ПУЭ-7 для подбора сечения кабеля по известному значению силы тока (таблица 3.5).

Таблица 3.5

Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Ток, А, для проводов, проложенных
	открыто	в одной трубе
		Двух одножильных	Трех одножильных	Четырех одножильных	Одного двухжильного	Одного трехжильного
0,5	11	-	-	-	-	-
0,75	15	-	-	-	-	-
1	17	16	15	14	15	14
1,2	20	18	16	15	16	14,5
1,5	23	19	17	16	18	15
2	26	24	22	20	23	19
2,5	30	27	25	25	25	21
3	34	32	28	26	28	24
4	41	38	35	30	32	27
5	46	42	39	34	37	31
6	50	46	42	40	40	34
8	62	54	51	46	48	43

В соответствии с таблицей 3.5 и учитывая запас по току выберем кабель с сечением S = 5 мм².



Заключение

Для того чтобы избавиться от перегрузок канала, роста задержки передачи пакетов и потерь, в данном курсовом проекте было рассмотрено обоснованное решение по повышению качества предоставления услуг и более скоростной работе пользовательских сетевых приложений с помощью перехода на стандарт 10 Gigabit Ethernet.

С целью большего извлечения прибыли, запас по пропускной способности магистрального канала позволяет расширить базу абонентов, увеличить число абонентов VoIP, увеличить число каналов IPTV, а так же предоставлять выделенный широкополосный доступ корпоративным клиентам с гарантированным качеством обслуживания для организации виртуальных частных сетей между удаленными филиалами.

Список использованных источников

1. Атцик А.В. Эволюция транспортных технологий [Электронный ресурс] / А.В. Атцик, А.Б. Гольдштейн // Connect! Мир Связи. №11(2009) отрасл. журн.

2. Фокин В.Г. Оптические системы передачи и транспортные сети: учеб. пособие / В.Г. Фокин. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 288 с.:ил.

3. Гольдштейн А.Б. Технология и протоколы MPLS / А.Б. Гольдштейн, Б.С. Гольдштейн. - СПб.:БХВ - Санкт-Петербург, 2005. - 304 с. ил.

4. Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учеб. для вузов. 3-е изд. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2008. - 958 с. ил.

5. Бакланов И.Г. SDH > NGSDH: практический взгляд на развитие транспортных сетей / И.Г. Бакланов. - М.: Метротек, 2006. - 736 с. ил.

6. Семенов Ю.В. Проектирование сетей связи следующего поколения / Ю.В. Семенов. - Санкт-Петербург: Наука и техника, 2005. - 240 с. ил.

7. MPLS-TP Wiki on IETF [Электронный ресурс]

8. MPLS-TP Overview (mpls WG) [Электронный ресурс]

9. Крылов В. В. Теория телетрафика и ее приложения / В.В. Крылов, С.С. Самохвалова. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 288с.:ил.

10. Столлингc В. Современные компьютерные сети. 2-е изд. / В. Столингс. - СПб.: Питер, 2003. - 703 с.:ил.

11. Leland W.E. On the self-similar nature of Ethernet traffic / W.E. Leland, E.S. Taqqu, W. Willinger, D.V. Wilson // IEEE Transaction on networking. - Vol. 12. - 1994. - №1. - P. 2-15.

12. Norros I. A storage model with self-similar input. / I. Norros. - Queueing systems, 1994.

13. Агеев Д.В. Расчет параметров самоподобных информационных потоков, передающихся по каналам связи мультисервисной сети, при предоставлении услуг «Triple Play» / Д.В. Агеев, Д.В. Евлаш // Радиотехника: Всеукр. межвед. научн.- техн. сб. - 2009. - Вып. 645. - С. 125-130.

14. Агеев Д.В. Выбор пропускных способностей каналов связи при самоподобной характере передаваемых потоков / Д.В. Агеев, А.В. Чернятьев, Самир Махмуд // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. 2007. Вып. 148. - С. 87-95.

15. Агеев Д.В. Параметрический синтез телекоммуникационных систем при самоподобном входящем потоке / Д.В. Агеев, А.В. Чернятьев, Самир Махмуд // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. 2007. Вып. 151. - С. 124-128.

Размещено на Allbest.ru