Проектирование мультисервисной сети связи в микрорайоне "Зареченский" г. Орла

На рисунке 2.9, показаны основные характеристики и функционал оборудования FTTx различных вендоров. Как видно из представленной таблицы, всем требованиям по функционалу удовлетворяют только два коммутатора: NX-3424v1 производства российской компании НАТЕКС и QSW-2900 производства компании QTECH.

Сегодня направление конкуренции перемещается от минимизации стоимости развёртывания сети в сторону обеспечения качества предоставляемых услуг и минимизацию эксплуатационных затрат. Различная комбинация всех вышеперечисленных функций в оборудовании доступа позволяет реализовывать сети FTTx, отвечающие всем современным требованиям к надёжности, отказоустойчивости и безопасности сетей связи.

Немаловажной является задача поддержания работоспособности системы в отсутствии питающего напряжения. Актуальность связана не только с обеспечением услугами абонентов, но и вандалозащищенностью узла (передачи сигналов контроллера операторам, например, о вскрытии двери шкафа). Поэтому возникает необходимость использования источников бесперебойного питания.

Рисунок 2.9 - Основные характеристики и функционал оборудования FTTx

Сейчас большинство компаний на рынке используют корпусные компьютерные ИБП и это наиболее дешевое и популярное решение задачи. Но все же оно не является оптимальным. Данные ИБП не обеспечивают возможность наращивания аккумуляторной емкости и довольно дороги в обслуживании при выходе аккумуляторов из строя. Типовое время работы от аккумуляторов не превышает 15 минут. Кроме этого, снижается КПД из-за лишнего преобразования электроэнергии. В связи с этим часть компаний, например, Натекс, перешла на совмещение функций встроенного блока питания коммутатора с функциями ИБП. Для модели NX-3424v1 производства ЗАО "НТЦ Натекс" со встроенным ИБП и аккумуляторной батареей 6В 6.3 Ач типовое время работы при максимальной нагрузке аккумулятора составляет 1.5 часа. В данном решение исключается лишнее преобразование энергии, за счет чего возрастает КПД. Осуществляется возможность наращивать аккумуляторную емкость для обеспечения 24-часовой бесперебойной работы при предоставлении голосовых услуг (VoIP). Кроме того, данное размещение позволяет существенно увеличивать срок службы АКБ за счет их отдельного размещения и создания благоприятных температурных реализаций. Результаты экспериментов показывают, что при отдельном размещении аккумуляторов их температура не превышает +30°С, температура же аккумуляторной батареи при замещении в ИБП составляет в среднем около +50°С. На рисунке приведен график зависимости срока эксплуатации АКБ от температурного режима.

Рисунок 2.10 - Время эксплуатации батарей в зависимости от окружающей температуры

Подробные данные испытаний, предоставленные изготовителями батарей, показывают, что срок эксплуатации батареи при повышении температуры на каждые 10°C снижается на 10%. Таким образом, отдельное размещение АКБ позволяет увеличить ее ресурс на 20%, что влечет значительное снижение эксплуатационных затрат.

Хотя при переходе к данной концепции есть и незначительный минус - потеря универсальности, но он становиться неактуальным при переходе к комплексному подходу формирования узлов доступа FTTx.

Не следует забывать, что немаловажные фактором при размещении узлов FTTX является согласование проектов установки оборудования с владельцем дома (эксплуатирующей организацией). Для этого, кроме согласования механических характеристик (габаритов, места установки и т. д.), необходимо иметь средства учета электроэнергии для последующих взаиморасчетов. Поэтому, в большинстве случаев, требуется наличие электросчётчика. А использование средств удаленного мониторинга для снятия показаний с прибора учета электроэнергии позволяет значительно снизить затраты при эксплуатации. Некоторые производители уже вывели на рынок коммутаторы с контроллером, имеющим интерфейс для управления счётчиком. Информация со счётчика передаётся коммутатору по стандартному интерфейсу и далее системе управления по протоколу SNMP. В данном случае выезд специалиста для снятия показаний счетчика становить просто нецелесообразным. При наличии необходимых программных средств, система управления позволяет формировать отчеты автоматически.

В настоящее время спрос будет увеличиваться на то, что позволяет экономить без потери функциональности. Ключевой фактор - отношение цена/функциональность/надежность. Но при этом не стоит забывать, что с точки зрения последующей эксплуатации данных решений не последнее место занимает предоставление сервисных услуг (ремонт и т.д.) и в данном случае, безусловно, выигрывают отечественные производители, имеющие разветвлённую дилерскую сеть, что позволяющие предоставить весь необходимый спектр услуг в кратчайшие сроки.

Пассивная часть. Основой пассивной частью узла доступа является антивандальный шкаф для размещения оборудования. При этом можно отметить такие особенности как: ванадалозащищенность, простота и удобство эксплуатации.

В рамках рассмотрения вандалозащищенности решений, представленных на рынке, можно выделить конструктивную особенность дверцы шкафа, как основного элемента, обеспечивающего сохранность оборудовании. Сейчас можно говорить о том, что все производители предлагают одну из двух конструкций. Тип1 - дверь со скрытыми петлями и ригельной системой запора (Штиль, Связь Инжиниринг, НТЦ ПИК и т.д.) или Тип 2 - сдвижная дверь (Натекс, QTECH и т. д.).

Каждый из данных подходов имеет свои плюсы и минусы. Дверь с применением петель обеспечивает компактность размещения узла и не требует дополнительного пространства, в отличие от сдвижной конструкции, которая в свою очередь обеспечивает большую вандалозащищенность и надежность внутренних элементов ввиду их простоты.

В связи с достаточно широкой номенклатурой составляющих узлов доступа FTTx, представленной в данный момент на рынке, немаловажным является комплексный подход к данному вопросу (Натекс, QTECH и др.). Поскольку только при нем существует возможность гарантировать совместимость всех элементов узла, а также удобство эксплуатации и надежность всего решения в целом. При этом он дает возможность производителям осуществлять частичную сборку узлов, значительно экономя средства операторов при монтаже оборудования.

Кроме этого комплексный подход позволяет операторам воплощать не только текущие задачи, но и закладывать дополнительные возможности для последующего развития данных сетей (размещения VoIP-оборудования, увеличение количества подключаемых абонентов и т.д.).

2.2.2 Описание группы технологий xDSL

Технологию xDSL можно считать полноправной технологией, которую можно использовать на участках “последней мили” для широкополосных сетей. В различных сценариях могут использоваться отдельные разновидности технологии xDSL, что зависит преимущественно от требований к расстоянию и пропускной способности.

ADSL технология (Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия) высокоскоростная коммуникационная технология, разработанная для использования на абонентских линиях ССОП. ADSL является наиболее популярной xDSL технологией. Основной отличительной особенностью ADSL является то, что скорость передачи от пользователя и скорость передачи к пользователю не одинаковы. Скорость передачи данных к пользователю обычно составляет от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с. Скорость передачи данных от пользователя обычно составляет от 64 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. ADSL трансформирует обычную абонентскую телефонную линию (называемую "витой парой") в высокоскоростную цифровую линию, позволяющую, например, получить сверхбыстрый доступ в сеть Интернет.

Скорости ADSL каналов существенно зависят от качества физической линии и расстояния между модемом и оборудованием DSLAM. Чем больше это расстояние, тем ниже скорости. Обычно модем позволяет изменять скорость передачи данных, поэтому при установке его на определенное абонентское окончание можно подобрать оптимальный режим работы, обеспечивающий при удовлетворительном качестве передачи максимально возможную скорость.

ADSL технология использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (также называемых несущими). Это позволяет одновременно передавать по одной линии несколько сигналов. При использовании ADSL разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных. Этот процесс известен как частотное уплотнение линии связи. При этом организуются три информационных канала - "нисходящий" поток передачи данных, "восходящий" поток передачи данных и канал обычной телефонной связи.

ADSL также позволяет подключаться к корпоративным сетям, современным интерактивным мультимедийным программам, например, играм, в которых участвует много игроков, видео по запросу и видеокаталогам.

Новейшая технология ADSL2+ разработана в ITU в январе 2003 года и включена в стандарты ADSL в качестве G.992.5.

Данная технология позволяет увеличить скорость обмена (имеет преимущества в части более высокой скорости обмена, т.е. на небольшом удалении абонента от узла связи) и имеет ряд новых функций и преимуществ по сравнению с более старым вариантом подключения по ADSL технологии. Для расширения полосы передачи увеличен диапазон работы до 2,2 МГц. В результате увеличено количество несущих и, как следствие, увеличена совокупная скорость передачи. Технология ADSL2+ позволяет достигнуть скорости входящего потока до 24 Мбит/с и увеличить скорость исходящего потока на 256 кбит/с по обычной телефонной линии. Скорость исходящего канала зависит от качества связи и находится в районе 1 Мбит/с.

Отличительными свойствами ADSL2+ являются: улучшение качества связи, увеличение дальности связи, расширение возможностей по диагностике канала передачи данных, возможность автоматического выбора оптимального режима работы канала, снижение затрат на приобретение клиентской части.

ADSL2+ может также использоваться для снижения перекрестных наводок. Это может оказаться полезным, когда терминалы ADSL подключаются к центральному пункту через один и тот же кабель в том же порядке, в котором осуществлена подводка к домам клиентов. Перекрестные наводки от линий удаленных терминалов на линии от центрального пункта могут существенно снизить скорости передачи данных на линии от центрального пункта. [6]

SHDSL технология - (Simmetric High Speed Digital Subscriber Line симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология SHDSL предназначена для передачи сигналов по парам медных проводников. Чаще всего это технология применяется на «последней миле».

Родоначальником семейства подобных технологий стала HDSL, обладавшая передовым на тот момент сочетанием алгоритмов кодирования и эхоподавления. Первые промышленные варианты работали по двум медным парам, в Соединенных Штатах, или по трем медным парам, в Европе. Внедрение этих технологий позволило существенно снизить затраты на передачу данных по сравнению с существовавшими на тот момент системами передачи T1 и Е1 за счет возможности избавиться от регенераторов на линии.

Успех технологии HDSL привел к росту числа исследований в этой области и появлению схожих технологий с другими характеристиками, получившими собирательное название xDSL. На сегодняшний день, когда технология прошла этап зрелости, можно сказать, что из всего всего многообразия xDSL наиболее востребованными оказались вариации ADSL2+, VDSL и SHDSL.

Работа над стандартом SHDSL началась в 1998 году, в 2001 году стандарт был утвержден. При работе над ним была поставлена и успешна решена задача снижения взаимного влияния соседних медных пар на скоростях передачи свыше 784 кбит/с.

За счет узкой полосы частот и особой спектральной плотности сигнала фактически полностью устраняется взаимное влияние с широко распространенным ADSL.

Для увеличения широты применения технологии SHDSL предусмотрена возможность задания скорости передачи данных от 192 кбит/с до 2320 кбит/с с шагом 8 кбит/с. Это позволяет операторам выстраивать гибкие тарифные планы. Более того, уменьшение скорости передачи позволяет увеличить дальность, на которую будут передаваться данные.

Например, на максимальной скорости передачи, рабочая дальность составляет около 3,5 км на проводе 0,4 мм, минимальная скорость передачи позволяет передавать данные до 6 км на том же 0,4 мм кабеле.

Технология SHDSL позволяет объединять для передачи данных от двух до 4 пар, соответственно увеличивая дальность или скорость передачи от двух до четырех раз.

Еще одна задача, которая успешно решена в G.shdsl -- снижение энергопотребления. Поскольку для дистанционного питания используется одна пара, важность этой задачи трудно переоценить. Еще одна положительная сторона -- снижение рассеиваемой мощности -- открывает путь к созданию высоко интегрированного станционного оборудования.

Резюмируя вышесказанное, SHDSL имеет множество неоспоримых плюсов для развертывания сети доступа.

2.2.3 Беспроводная технология Wi-Fi

Wi-Fi - это аббревиатура, которая произошла от английского словосочетания Wireless Fidelity, что означает ”беспроводная передача данных” или ”беспроводная точность”. Это система короткого действия, покрывающая десятки метров и которая использует не лицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Это протокол и стандарт на оборудование для широкополосной радиосвязи, предназначенной для организации локальных беспроводных сетей. Другими словами, Wi-Fi - это современная и перспективная беспроводная технология, которая использует радиоканалы для передачи данных. Данная технология предполагает наличие точки доступа/маршрутизатора Wi-Fi (стандарты 802.11a/b/g/n), которая обеспечивает стабильный доступ к сети из некоторой области радиусом до 45 метров в помещении и 90 метров на открытом пространстве (радиус действия зависит от многих условий и в вашем случаем может меняться).

Основные стандарты Wi-Fi:

IEEE 802.11 - определяет набор протоколов для самых низких скоростей передачи данных и является базовым стандартом WLAN.

IEEE 802.11a - Протокол не совместим с 802.11b и несет в себе более высокие скорости передачи чем 11b. Использует частотные каналы в спектре 5GHz. Максимальная пропускная способность до 54Мбит/c.

IEEE 802.11b - стандарт использует более быстрые скорости передачи и вводит больше технологических ограничений. Использует частотные каналы в спектре 2.4GHz. Максимальная пропускная способность до 11Мбит/c.

IEEE 802.11g - стандарт использует скорости передачи данных эквивалентные 11а. Используются частотные каналы в спектре 2.4GHz. Протокол совместим с 11b. Максимальная пропускная способность до 54Мбит/c.

IEEE 802.11n - на данный момент это cамый передовой коммерческий Wi-Fi стандарт, который использует частотные каналы в спектрах 2.4GHz и 5GHz. Совместим с 11b/11a/11g. Максимальная пропускная способность до 300 Мбит/c.

Для более детального представления, привожу рис. 2.11 стандарты беспроводной связи, в котором содержится подробная информация о таких технологиях как: Wi-Fi, WiMax, Bluetooth v 1.1, Bluetooth v 2.0, Bluetooth v 3.0, UWB, ZigBee, инфракрасный порт.

Рисунок 2.11 - Стандарты беспроводной связи

Работает все это следующим образом. К точке доступа подключаются устройства-клиенты: компьютеры, ноутбуки, нетбуки, КПК, смартфоны и другие мобильные устройства, имеющие Wi-Fi адаптеры (приемники). И буквально за несколько секунд устанавливается соединение с Всемирной паутиной или локальной сетью. Способ подвода Интернета к точке доступа неважен.

Точки доступа делятся на публичные и частные. Первые предоставляют доступ в Интернет бесплатно или за деньги неограниченному количеству пользователей. Вторые в принципе используются только для нужд владельцев. Однако к ним также можно подключиться, если сеть не защищена паролем.

Рисунок 2.12 - Wi-Fi роутер

Публичные хот-споты (hot spot - точка подключения к беспроводной сети WLAN, а если дословно то “горячее место”, “горячая точка”) часто встречаются в местах общественного пользования: аэропортах, вокзалах, гостиницах, ресторанах, кафе, магазинах, библиотеках. Подключиться к таким сетям можно свободно на территории заведения или недалеко от него. В некоторых требуется авторизация, при этом логин и пароль вам выдадут после того, как вы оплатите услуги этого заведения.

Некоторые города мира почти полностью охвачены Wi-Fi сетью: для доступа к ней достаточно оплачивать недорогой абонемент. К услугам потребителей не только коммерческие сервисы. Частные лица, сообщества, муниципалитеты активно строят свободные Wi-Fi сети. Небольшие сети, обеспечивающие беспроводным Интернетом жилые дома, публичные заведения (библиотеки, учебные заведения), постепенно укрупняются, используя общее пиринговое соглашение для свободного взаимодействия друг с другом и существуя на основе пожертвований, добровольной помощи и других источников. Городские власти нередко поддерживают подобные проекты.

В Париже, к примеру, OzoneParis дает свободный и неограниченный доступ в Интернет всем, кто предоставляет крышу своего дома для монтажа Wi-Fi сети. В Иерусалиме работает проект Unwire Jerusalem, в рамках которого свободные точки доступа устанавливаются в крупных торговых центрах городов. Многие западные университеты предоставляют доступ в Интернет для своих студентов, работников и посетителей. В странах СНГ ситуация похуже, тем не менее количество хот-спотов постоянно растет.

Преимущества Wi-Fi:

- Отсутствие проводов

За счет отсутствия проводов экономит время и средства на их прокладку и разводку. Сеть можно расширять практически бесконечно, увеличивая количество потребителей и геометрию сети установкой дополнительных точек доступа. В отличие от прокладки проводных сетей, не нужно уродовать стены, потолки и пол кабелями, штробить стены и сверлить сквозные отверстия. Иногда проводную сеть нельзя построить чисто физически.

- Глобальная совместимость

Wi-Fi - это семейство глобальных стандартов (несмотря на некоторые ограничения, существующие в разных странах), поэтому по идее устройство, произведенное в США, должно прекрасно работать в странах СНГ. И наоборот.

Недостатки Wi-Fi:

- Правовой аспект

В различных странах по разному подходят к использованию частотного диапазона и параметрам передатчиков/приемников беспроводного сигнала стандартов IEEE 802.11. В одних странах, к примеру, требуется регистрация всех Wi-Fi сетей, работающих вне помещений. В других налагается ограничение на используемые частоты или мощность передатчика. В странах СНГ использование Wi-Fi без разрешения на использование частот от Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий. Если вы хотите связать радиоканалом два соседних дома, рекомендуется обратиться в вышеупомянутый надзорный орган.

- Стабильность связи

Стандартные домашние Wi-Fi маршрутизаторы распространенных стандартов 802.11Ь или 802.11g имеют радиус действия порядка 40-50 метров в помещении и до 90 метров снаружи. Некоторые электронные устройства (микроволновка), погодные явления (дождь) ослабляют уровень сигнала. Также расстояние зависит от рабочей частоты и других факторов.

- Перекрестные помехи

При большой плотности точек доступа могут возникнуть проблемы доступа к открытой точке доступа при наличии рядом хотспота, работающего на том же или соседнем канале и использующем шифрование.

- Факторы производства

К сожалению, производители не всегда четко придерживаются стандартов, поэтому некоторые устройства могут работать нестабильно или на меньших скоростях.



- Энергопотребление

Достаточно высокое потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.

- Безопасность

Стандарт шифрования WEP, по-прежнему остающимся самым популярным, относительно легко взламывается. Более совершенный протокол WPA, к сожалению, не поддерживают многие старые точки доступа.

- Ограниченная функциональность.

При передаче небольших пакетов данных к ним присоединяется большое количество служебной информации, что ухудшает качество связи. Поэтому Wi-Fi не рекомендуется использовать для работы в IP-телефонии, использующей протокол RTP: качество связи не гарантировано.

Рекомендуемое оборудование для организации беспроводного доступа:

http://www.t4d.ru/images/ASUSWL_500g_p.JPGASUS WL-500g Premium (беспроводной маршрутизатор) использует две инновационные технологии, которые дают возможность одновременного просмотра видеофильмов и прослушивания музыкальных композиций несколькими пользователями беспроводной сети на высокой скорости и с большей зоной покрытия: Технология Broad Range в три раза расширяет зону покрытия беспроводной сети по сравнению со стандартом 802.11g благодаря увеличению чувствительности приемника. Наслаждайтесь быстрым беспроводным подключением в любых условиях.

Технология Afterburner увеличивает скорость передачи данных на 35% по сравнению со стандартом 802.11g. Делиться файлами с друзьями и коллегами теперь стало намного быстрее и проще, чем когда-либо.

http://www.t4d.ru/images/DWL2100AP_cat.jpgDWL2100DWL-2100AP - многофункциональная беспроводная точка доступа для сетей предприятий. Точка доступа разработана для установки в помещениях и предоставляет расширенные функции, включая Турборежим со скоростью соединения до 108 Мбит/с, функции безопасности и качества обслуживания (QoS), а также поддержку нескольких режимов работы позволяя развертывать управляемые и надежные беспроводные сети.

http://www.t4d.ru/images/DWA520.jpgDWA520 Беспроводный PCI-адаптер D-Link DWA-520 обеспечивает эффективное по стоимости подключение персональных компьютеров к беспроводной сети. Благодаря использованию этого адаптера 802.11g, пользователи получают совместный доступ по беспроводной сети к фотографиям, файлам, музыке, видео, принтерам, сетевым хранилищам данных и Интернет. Данный адаптер позволяет получить беспроводный доступ к Интернет на более высоких скоростях и обеспечивает ровный прием телефонных звонков, игры, загрузку информации и получение видео-потока.

http://www.t4d.ru/images/DWA120.jpgDWA120Беспроводной недорогой USB-адаптер 802.11g DWA-120 с повышенной производительностью предназначен для использования в настольных компьютерах и ноутбуках. С помощью данного адаптера 802.11g пользователи могут обновить свою беспроводную сеть для беспроводного совместного доступа к фотографиям, файлам, видео, принтерам, хранилищам и к Интернет. Увеличьте пропускную способность для приложений чувствительных к задержкам, таких как VoIP телефония, игры, загрузка и потокового видео.

http://www.t4d.ru/images/DWA620.jpgDWA620 Беспроводной CardBus-адаптер D-Link DWA-620 обеспечивает эффективное по стоимости подключение ноутбуков к беспроводной сети. Благодаря использованию этого адаптера 802.11g, пользователи получают совместный доступ по беспроводной сети к фотографиям, файлам, музыке, видео, принтерам, сетевым хранилищам данных и Интернет. Данный адаптер позволяет получить беспроводной доступ к Интернет на более высоких скоростях и обеспечивает ровный прием телефонных звонков, игры, загрузку информации и получение видео-потока.

В заключение надо отметить, что технология Wi-Fi в первую очередь создавалась для корпоративных пользователей, чтобы избавиться от хитросплетения проводов, но сейчас она становится популярной и в частном секторе. Все чаще в семье появляются дополнительные компьютерные устройства: второй лэптоп, ноутбук, мобильные девайсы и игровые консоли с поддержкой Wi-Fi. И каждому необходим выход в Интернет. И желательно, никаких проводов, чтобы можно было свободно перемещаться по квартире. В таком случае беспроводной Интернет станет хорошим выбором.

2.2.4 Беспроводная технология WiMAX

Рисунок 2.13 - Пример построения сети WiMAX

WiMAX базируется на стандарте IEEE 802.16 (не путать с IEEE 802.11). Сеть на базе этой технологии строится на основе базовых и абонентских станций и оборудования, связывающего между собой базовые станции, с поставщиком Интернета и других сервисов. Используемый рабочий диапазон от 1,5 до 11 ГГц. Скорость может достигать 70 Мбит/с. Не требуется прямая видимость между базой и приемником. Для связи между базами используются частоты от 10 до 66 ГГц. Скорость может достигать 120 Мбит/с. Необходима прямая видимость между базами и наличие хотя бы одной базы, подключенной к сети Интернет с помощью проводных технологий. Радиус действия - 6-10 км для “статичных” абонентов и 1-5 км -для “мобильных”, передвигающихся на скорости до 120 км/ч.

Особенности WiMAX

Аббревиатура WiMAX расшифровывается как Worldwide Interoperability for Microwave Access, что дословно в переводе означает “Международное взаимодействие для микроволнового доступа”. Стоит сказать, что WiMax не является более опасным для здоровья, чем обычная сотовая связь. Технология использует высокую степень защиты для передачи данных, что идеально подходит для ведения бизнеса. В WiMAX используется тройное шифрование данных посредством алгоритма DES 3. Аутентификация поддерживается как часть взаимного уровня цифровых сертификатов Х.509 (РК1). Устройства WiMAX имеют уникальные сертификаты, один для данного типа устройств, один для данного производителя. По сути, достигается защита потоков данных, заслуживающая полного доверия. По этой причине на базе WiMax даже появляются виртуальные частные, конфиденциальные сети (VPN). Они дают возможность сформировать защищенные коридоры, служащие для передачи информации как удаленным пользователям, так и с сотрудниками компании.

В условиях города и частного сектора не смотря на постройки, деревья и даже погоду, WiMAX способен посредством радиоканала передавать необходимые данные. Провайдер установив передатчики WiMAX в разных частях города открывает огромную по нынешним меркам возможность подключения к Интернету в доступной зоне действия сети. Кроме этого, WiMAX может быть использован для голосовой и видео-связи высокого качества. Как вы понимаете, WiMAX призван решить три основных требования к сетевым соединениям, высокую пропускную способность, надёжность и мобильность. За технологией WiMaX будущее, потому что она дает возможность выполнять работу по проектам в любом месте и открывает доступ ко всем вашим бизнес-приложениям.

широкополосный мультисервисный абонентский сеть

3. Расчет нагрузок мультисервисных сетей связи

Вначале определим количество и тип абонентов.

Как уже было определено, проектируется мультисервисная сеть связи для спального микрорайона, абонентами которой являются частные лица. Количество абонентов проектируемой сети составляет 1960.

Произведем распределение услуг по категориям абонентов. Большую часть абонентов составляют молодежь и семьи с детьми - 1960 абонентов. Данная категория абонентов будет пользоваться спросом на следующие вилы услуг:

• Интерактивное цифровое телевидение IPTV;

• Высокоскоростной доступ к сети Интернет;

• IP телефония;

• Игровой сервис;

Для расчета требуемой полосы пропускания определим данные на следующие виды услуг:

• IP TV - 4000 кбит/с;

• Высокоскоростной доступ к сети Интернет - 10000 кбит/с;

• IP телефония - 64 кбит/с;

• Игровой сервис - 10000 кбит/с;

Далее определяется количество абонентов, которые будут пользоваться услугой Интернет, уровень проникновения данной услуги 90% :

, чел, (3.1)

где С - процент проникновения услуги;

абонентов.

Количество абонентов IP TV, уровень проникновения 70%:

абонентов.

Количество абонентов IP телефонии, уровень проникновения 30%:

абонентов.

Количество абонентов игрового сервиса, уровень проникновения 30%:

абонентов.

Количество абонентов юридического сектора в микрорайоне - = 2

Исходные данные:

Количество абонентов - 1960;

Разделение абонентов по типам сервиса:

· Игровой сервис - 588 абонентов;

· Доступ в Интернет - 1764 абонентов;

· IP телефония - 588 абонентов;

· IPTV - 1372 абонентов.

Рассчитаем требуемую полосу пропускания:

- Высокоскоростной доступ к сети Интернет:

кбит/с;

- Интерактивное цифровое телевидение IPTV:

кбит/с;

- IP телефония:

кбит/с;

- Игровой сервис:

кбит/с.

Итого суммарный трафик абонентов данной категории: 28865,6 мбит/с

Расчет поступающих интенсивностей нагрузок (ИН) на каждой АТС производится по формуле:

, (3.2);

где Эрл - удельная поступающая ИН от абонентов;

- емкость i-й станции.

Эрл;

Для цифровых АТС с целью упрощения расчетов принимаем:

(3.3);

Нагрузка на выходе коммутационного поля (КП) определяется как:

, (3.4);

где t_{вх_i} и t_{вых_i} - время занятия входа и выхода КП i-й ОТС.

Эрл;

Интенсивность нагрузки на выходе коммутационного поля ОТС распределяется по следующим направлениям связи: внутристанционная связь, к УСС, к АМТС и исходящие связи к остальным ОТС.

Для определения внутристанционной нагрузки сначала рассчитывается общая исходящая ИН сети:

, (3.5);

где i - номер ОТС.

Эрл.

долю исходящей ИН для станции от общей исходящей ИН сети в процентах:

(3.6);

К_{ВН i} = 100,0

Расчет внутристанционных ИН производим по формуле:

,

Эрл.

Интенсивность нагрузки к УСС составляет 5% от интенсивности исходящей на ОТС нагрузки, т.е.:

,

Эрл; (3.7)

Интенсивность нагрузки в направлении других ОТС:

,

Эрл;



Таблица 3.1

Результаты расчетов нагрузок

номер ОТС	Увых, Эрл	УУСС, Эрл	КВН	УВН, Эрл	Уисх, Эрл
1	98	4,9	100	98	93,1

3.1 Расчет трафика генерируемого абонентами сети

Проектируемая сеть должна быть надежной и на ней не должно быть перегрузок. Поэтому все необходимые расчеты трафика производятся для часа наибольшей нагрузки.

Заданное количество объектов сети - это количество абонентов на каждом объекте, распределение абонентов по используемым интерфейсам доступа в сети, а также известными интенсивностями потоков пакетов, генерируемые абонентами каждой службы.

Математическое ожидание числа пакетов определяем как:

(3.8);

Где - число абонентов k-ой службы на i-м объекте

- интенсивность заявок поступающих от абонента k-ой службы в единицу времени, считаем известной и равной:

для игр по запросу = 23?10^-6 вызовов/с;

для интернет трафика = 345?10^-7 вызовов/с;

для видео по запросу = 57?10^-7 вызовов/с;

для ip-телефонии = 57,8^.10^-7 вызовов/с;

- средняя длительность сеанса связи абонента K-ой службы в единицу времени: для интернет трафика = 0,02

для ip-телефонии = 0,027

для игр по запросу = 0,065

для видео по запросу = 0,065

Полученные значения необходимо выразить в бит/сутки, поэтому полученные значения необходимо умножить на 86400

Математическое ожидание числа пакетов, генерируемых абонентами i-го узла связи (объекта):

Где k - количество служб.

В свою очередь, общее количество пакетов , генерируемых абонентами i-го узла (объекта) за единицу времени, должно быть разбито на три составных части:

- поток пакетов, замыкаемый на данном узле связи

- поток пакетов, генерируемый i-м узлом к другим узлам выделенной цифровой сети

- поток пакетов, генерируемый i-м узлом в другие сети

Следует отметить, что

где - доля нагрузки i-го узла, замыкаемая на узле;

- доля нагрузки i-го узла, генерируемая к другим объектам выделенной сети;

- доля нагрузки i-го узла, генерируемая в другие сети.

Коэффициенты ,, i = (1,N) принято называть коэффициентами замыкания нагрузки.

Так как число абонентов на каждом i-ом узле одинаково, то будет одинаковым для узлов.

Коэффициенты , , считаем известными и равными:

= 0,35; = 0,25; = 0,4.

Из расчета можно сделать вывод, что при условии обеспечения гарантированной полосы пропускания внутри сети для абонентов, пользующихся услугами цифрового телевидения, доступа в глобальную среду Internet, а так же услугой IP-телефонии, требуемую полосу пропускания внутри сетевого узла может обеспечить технология Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.



4. Выбор оборудования

4.1 Общие подходы к выбору оборудования

Выбор оборудования сети является задачей с неоднозначным решением. Для удобства построения и управляемости сети следует ориентироваться на оборудование от различных производителей, так как различные фирмы специализируются на различных типах оборудования и один поставщик зачастую не всегда может предоставить всю линейку оборудования необходимую для построения мультисервисной сети. Практика показывает, что поставщиков, предлагающих максимально эффективные решения для всех возникающих задач, не существует.

Действующая сеть всегда результат компромисса -- либо это однородная система, неоптимальная с точки зрения ее возможностей и стоимости, либо это более сложный в построении и управлении комплекс, представляющий сочетание аппаратуры различных производителей.

При выборе аппаратуры для оконечных сетей доступа следует ориентироваться на:

1. возможность быстрого подключения новых абонентов (при расширении, модернизации и строительстве новой сети доступа);

2. возможность предоставления новых услуг;

3. наличие большого выбора пользовательских цифровых и аналоговых интерфейсов;

4. возможность применения различных физических средств передачи (медь, оптическое волокно, радиоканал);

5. возможность применения существующей инфраструктуры (кабели);

6. невысокую стоимость и простоту эксплуатации оборудования, наличие системы централизованного управления для упрощения обслуживания;

7. возможность подключения к телефонным сетям общего пользования (ССоП);

8. модульный принцип построения;

9. наличие открытой архитектуры, допускающей постоянное расширение набора линейных и пользовательских интерфейсов;

10. малые габариты и энергопотребление оборудования;

11. наличие системы гарантированного электропитания в соответствии с заданной надежностью;

12. наличие функций резервирования оборудования;

13. возможность экономичного перераспределения ресурсов сети доступа и предоставления широкополосных услуг по требованию;

14. обеспечение резервного запаса ресурсов сети доступа для предоставления новых услуг в будущем.

В результате проведенного анализа предложенных устройств для организации связи по технологии Fast Ethernet в существующих жилых домах, в микрорайоне “Северный” города Старый Оскол выбрано оборудование фирм ZyXel (Китайская республика), NetUP (Россия), Cisco(США) обладающее хорошим соотношением цена-качество, а также высоким уровнем надежности и обеспечением технической поддержкой в своем классе. К основным преимуществам перечисленных производителей относятся:

1. Возможность предоставления пакета прибыльных дифференцированных услуг

2. Сочетание преимуществ оптоволоконных, Ethernet и IP-технологий

3. Предоставление проверенных Ethernet-продуктов и решений операторского класса

4. Эффективная интеграция услуг

5. Использование передовых механизмов развертывания услуг - многопротокольной коммутации по меткам (MPLS), технологий 10GbE, IPv6 и виртуальных частных сетевых услуг (VPLS), характеристик качества обслуживания, протоколов безопасности, функций доступности и управления.

4.2 Уровень ядра

В качестве ядра сети было выбран маршрутизатор Cisco 7603.

Рисунок 4.1 - Маршрутизатор Cisco 7603

Маршрутизаторы Cisco серии 7600 позволяют развертывать высокопроизводительные серии IP/MPLS и масштабируемые персонализированные услуги IP в граничном сегменте сети, повышать эффективность работы и ускорять возврат инвестиций.

Маршрутизаторы Cisco серии 7600 - первые в отрасли маршрутизаторы границы сетей операторского класса, позволяющие создать интегрированную систему коммутации Ethernet с высокой плотностью, систему маршрутизации IP/MPLS операторского класса, а также использовать интерфейсы с пропускной способностью 10 Гбит/с. Это дает ряд преимуществ предприятиям, а также позволяет провайдерам услуг предоставлять услуги как частным, так и корпоративным клиентам по одной конвергентной сети Carrier Ethernet.

Маршрутизатор Cisco 7603 обеспечивает производительность коммутации на уровне 240 Гбит/с. Устройство оснащено 3 слотами с пропускной способностью 40 Гбит/с на слот и выполнено в чрезвычайно компактном форм-факторе (в стойку помещается до 11 устройств). При этом маршрутизатор обеспечивает достаточную производительность для организации граничных сегментов сетей IP/MPLS. Соответствующая требованиям NEBS система централизованно обрабатывает 30 млн. пакетов/с, а также оснащено распределенной системой обработки, позволяющей обеспечить работу сетей Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet.

4.3 Уровень агрегации

Рисунок 4.2 - Коммутатор XGS4700-48F

Коммутатор XGS4700-48F обеспечивает агрегацию трафика и построение ядра корпоративной или операторской сети на скоростях 10G Ethernet. XGS4700-48F оснащен 48 гигабитными SFP-интерфейсами и двумя слотами для установки модулей c 2-мя медными или оптическими интерфейсами 10G. Максимально 4 интерфейса 10G могут быть одновременно задействованы для магистральных каналов связи. [5]

Коммутирующая матрица имеет пропускную способность 192 Гбит/с и реализует маршрутизацию и коммутацию на полной скорости интерфейсов на всех портах.

Высокая производительность обеспечивает непосредственное подключение серверов к коммутатору для передачи большого объема трафика для пользователей или организацию магистральных каналов сети предприятия.

Коммутация уровня L3+ для IPv4 и IPv6 протоколов, расширенная поддержка многоадресных рассылок IGMP IPv4, MLD IPv6, включая мультикаст-маршрутизацию DVMRP, классы обслуживания (DiffServ), поддержка протокола sFlow для мониторинга трафика, многоуровневое резервирование и высокая производительность позволяют построить широкополосную сеть для передачи видео, голоса, данных и обеспечения бесперебойной работы критичных приложений.

Коммутатор имеет два слота для установки источников питания AC или DC с резервированием и один штатный источник питания AC 220V установлен в коммутаторе. При необходимости его можно заменить в режиме горячей замены.

4.4 Уровень доступа

Коммутатор Ethernet ES-3100

Рисунок 4.3 - Коммутатор Ethernet ES-3124

ZyXEL ES-3100 series - Серия высокопроизводительных коммутаторов уровня доступа. В серию входит модель с 24-мя портами PoE (питание по Ethernet-кабелю). 8 очередей приоритетов 802.1p, WFQ.Списки управления доступом L2/L3/L4. iStacking. 19' конструктив. Резервирование питания. Web, SNMP управление.

Серия ES-3100 включает следующие коммутаторы

ES-3124	24-портовый управляемый коммутатор L2+ Fast Ethernet с 4 портами Gigabit Ethernet из которых 2 совмещены с SFP-слотами
ES-3124-4F	24-портовый управляемый коммутатор L2+ Fast Ethernet с 4 SFP-слотами из которых 2 совмещены с портами Gigabit Ethernet
ES-3124PWR	24-портовый управляемый PoE-коммутатор L2+ Fast Ethernet с 4 портами Gigabit Ethernet из которых 2 совмещены с SFP-слотами
ES-3124F	Управляемый коммутатор L2+ с 24 SFP-слотами 100BASE-X и 4 SFP-слотами 1000BASE-X из которых 2 совмещены с портами Gigabit Ethernet
ES-3148	48-портовый управляемый коммутатор L2+ Fast Ethernet с 4 портами Gigabit Ethernet из которых 2 совмещены с SFP-слотами

Основные преимущества

· Высокая пропускная способность и гибкие средства приоритезации трафика наряду с набором интерфейсов Gigabit Ethernet позволяют предложить абонентам и пользователям услуги Triple Play и для подключения к оптическим и проводным магистралям и/или каскадирования коммутаторов

· Высокая надежность, обеспечиваемая резервированием источника питания (Backup Power System) и поддержкой протоколов STP и RSTP для быстрого восстановление работоспособности после аварий на линиях передачи данных

· Поддержка двух типов маркеров VLAN для обеспечения стекирования виртуальных локальных сетей и предоставления абонентам высокоскоростных услуг VPN в пределах операторской сети

· Широкие возможности задания правил доступа, изоляции трафика абонентов, ограничения скорости передачи данных, зеркалирования портов и фильтрации трафика на основе IP и MAC-адресов отправителя и получателя, типа протокола и номера порта позволяют реализовать необходимые требования к безопасности и защите данных и оптимизировать нагрузку на сеть

· Масштабируемость. Возможность объединения в один распределенный стек, управляемый по одному IP-адресу, до 24 разнотипных коммутаторов ZyXEL для предоставления удобных и гибких средств управления и снижения затрат на эксплуатацию сети

· Две модели коммутаторов с аналогичными характеристиками, отличающимися лишь поддержкой PoE, позволяет оптимально использовать возможности коммутаторов при построении распределенных и беспроводных сетей

· Динамическая аутентификация и управление доступом абонентов и пользователей по протоколу 802.1x, позволяющие обеспечить простую интеграцию с биллинговыми системами и беспроводными локальными сетями

· Гибкие средства для обеспечения защищенного управления и диагностики. Web, Telnet, SSH, SSL/TLS, SNMP, возможность использования набора команд, сходного с используемым в оборудовании Cisco, локальные порты RS-232 и FE (out of band)

· Для коммутатора ES-3124PWR: доступная мощность для PoE технологии равна 385 Вт, что позволяет подключить к каждому порту коммутатора PoE устройство с максимальной мощностью 15.4 Вт по стандарту 802.3af. Для подключения доступны любые access порты коммутатора с 1 по 24.

Рекомендации к применению

· В корпоративных и городских сетях для защищенного подключения пользователей и абонентов и предоставления разнообразных услуг связи - от Triple Play до VPN (QinQ)

· Для подключения удаленных серверных комнат и хранилищ данных и объединения сегментов сетей. Повышенная устойчивость к сбоям реализуется с использованием транков и резервных маршрутов

· Для подключения абонентов в офисных комплексах и элитных жилых домах. Высокая скорость подключения, возможность управлять шириной канала, производить “мягкое” отключение абонентов и предоставлять гибкие тарифные планы

4.5 Серверное оборудование

Для предоставления услуг пользователям в проектируемой МСС необходимо предусмотреть установку сервера доступа для учета пользователей Интернет (RADIUS сервер), сервер доступа к видео информации, сервер управления IP телефонией. Для учета служебной информации о всех пользователях необходимо установить оборудование с установленной базой данных.

NetUP IPTV Combine 4x - Российская компания-производитель программного обеспечения в области систем биллинга и цифрового телевидения NetUP, разработала универсальное решение для организации вещания мультимедийного контента поверх IP-сети (IPTV), предназначенное для услуг гостиничного бизнеса.

Интерфейс IPTV Combine 4x Hotel полностью совместим с Системой Управления Собственностью (Property Management System, PMS) от корпорации Micros Fidelio, что позволяет применять его в отелях, больницах, бизнес-центрах или на круизных лайнерах.

Кроме того, устройство включает в себя: IPTV middleware/биллинг; шлюз DVB-IP; VoD/nVoD-сервер, а также специальную версию пользовательского интерфейса для IP Set Top Box (STB) приставки.

Middleware система является важнейшей частью программно-аппаратного комплекса IPTV, так как осуществляет связь между головной станцией и абонентскими приставками, а также реализует графический интерфейс, с которым взаимодействуют конечные пользователи.

NetUP IPTV Middleware поддерживает несколько типов клиентского программного обеспечения и оборудования. Абоненты могут пользоваться услугами IPTV на персональных компьютерах, используя IPTV PC Client (IPTV player). Также возможен доступ к услугм IPTV при помощи абонентских ТВ-приставок. Начиная с версии Middleware 1.7, поддерживается одновременно два типа приставок: классические ТВ-приставки (производства Amino, Telergy, TeleTec, Intercross и др.), а также новые приставки, работающие под управлением операционной системы Android.

Серверная часть Middleware построена на платформе NBS и взаимодействует с абонентскими устройствами или ПО, а также с элементами кластера IPTV: системой условного доступа, биллинговой системой и другими.

Клиентская часть Middleware постоянно эволюционирует. На данный момент существует три поколения клиентов Midlleware. Первым поколением считаются ТВ-приставки с пользовательским интерфейсом, основанным на Web-технологиях. Второе поколение - низкоуровневое программное обеспечение, которое реализует графический интерфейс на ТВ-приставке. Третье поколение - это приложение NetUP.tv для нового типа приставок, работающих по управлением ОС Android.

Состав предоставляемых сервисов:

· DVB-IP стример (DVB-to-IP gateway) - 4 входа DVB-S/S2, 4 CI слота;

· VoD/nVoD - сервер «видео по запросу» и «виртуального кинозала»;

· Middleware - интерфейс интерактивного доступа абонента;

· Биллинговая система;

· EPG - электронная программа передач;

· DHCP, DNS сервера;

· Сервер для прошивки и загрузки абонентских устройств;

· IGMP querier, маршрутизатор широковещательных потоков;

· Маршрутизатор IP-пакетов, передача данных;

· Интеграция с отельными PMS-системами (опционально).

Конструкция

· Стандартный конструктив для монтажа в 19” телекоммуникационную стойку;

· Высота: 1 Unit;

· Размер (ШхВхГ): 430х44х411 мм;

· Масса: 11,5 кг;

· Питание: 90-264 В, 47-63 Гц.

Накопители

· Flash-карта для размещения операционной системы и конфигурационных файлов;

· Жесткий диск объемом 1 ТБ для мультимедийного контента и базы данных. Данный объем позволяет хранить более 400 полнометражных фильмов в формате MPEG-2, битрейт 4 Мбит/сек.

Внешние интерфейсы

· 6 входов Gigabit Ethernet 10/100/1000 Мбит/сек

· 4 слота Common Interface

· 4 входа DVB-S/DVB-S2

· или 4 входа DVB-T/DVB-C

· или 4 входа для эфирного ТВ-сигнала (RF to IP) с кодированием в MPEG-2 в реальном времени

· или 4 входа для аналогового видео сигнала (A/V, RCA) с кодированием в MPEG-2 в реальном времени

Управление

· LCD дисплей на передней панели для первоначальной настройки и просмотра статистики;

· Веб-интерфейс администратора;

· Java-интерфейс администратора;

· SSH консоль, ОС Linux 2.6.x;

· RS-232 консоль.

Производительность

· Более 50 одновременных сессий на просмотр контента с жесткого диска (при скорости потоков 4 Мбит/сек каждый). Суммарная скорость - 200 Мбит/сек;

· 4 транспондера для приема телевизионных каналов со спутников. Суммарная скорость порядка 240 Мбит/сек.

Формат медиаконтента

· Формат VoD-файла - Transport stream;

· Видео: SD, HD - MPEG-2, H.264 (MPEG-4 AVC). Рекомендуемый битрейт 4096 Кбит/сек и выше, разрешение 720х576 и выше;

· Аудио: AC-3 либо MPEG Audio Layer 2, 48000 Hz, stereo, 128 Кбит/сек и выше.

ZyWALL USG 300 универсальный центр безопасности. ZyWALL USG 300 - это высокоскоростной шлюз доступа нового поколения, позволяющий в одном устройстве с простым и наглядным интерфейсом полноценно решать комплекс задач сетевой безопасности, включая функциональную настраиваемую защиту от вирусов и спама, управление шириной полосы пропускания для разнообразных объектов сети, контроль трафика приложений, предотвращение вторжений и виртуальные частные сети.

Устройство имеет интуитивный пользовательский интерфейс с перекрестной системой навигации, встроенным справочником и графическим мониторингом состояния. Объектно-ориентированная модель управления позволяет максимально оптимизировать настройку даже в сложных сетях. Встроенная поддержка LDAP/MS AD/RADIUS помогает структурировать политики безопасности на основе уже существующей методики организации сети. Инструмент Application Patrol позволяет эффективно управлять сетевой активностью таких приложений как клиенты пиринговых сетей, IM, VoIP, потоковых трансляций и других.

IP-шлюз

Программно-аппаратный коммутатор Cisco PGW 2200 представляет собой гибкий многопротокольный контроллер медиашлюзов (MGC), который обеспечивает связь между традиционными сетями связи общего пользования (ССОП) и пакетными сетями следующего поколения. Он может применяться как для простого соединения с сетью на базе общеканальной сигнализации №7 (ОКС №7), так и для интеллектуального управления вызовами и их маршрутизацией.

Функциональность Cisco PGW 2200 дает операторам возможность использовать на своих сетях единый, унифицированный механизм, позволяющий обеспечить поддержку транзита голосовых вызовов, терминацию вызовов передачи данных, различных протоколов сигнализаций, включая протокол контроля медиашлюзов MGCP, протокол инициирования сессий SIP и протокол H.323, а также за счет открытости и стандартизированности своей архитектуры дающий возможность внедрения будущих стандартов. С использованием PGW 2200 провайдеры и операторы могут разворачивать и предлагать богатый набор сетевых решений и услуг, сохраняя надежное подключение к сети ССОП.

Vantage RADIUS 50 EE аппаратный RADIUS-сервер. Vantage RADIUS 50 - это аппаратный RADIUS-сервер для корпоративных локальных сетей, беспроводных сетей и коммерческих пунктов доступа в Интернет. Сервер обеспечивает аутентификацию и авторизацию до 200 пользователей (одновременно 50 пользователей) и сбор информации для последующей обработки биллинговыми системами сторонних производителей. Сервер выполнен в металлическом корпусе и может быть установлен в 19” стойку.

Основные преимущества

· Полнофункциональное решение для аутентификации и авторизации абонентов по протоколу 802.1x (802.1x EAP-MD5, PEAP, WPA-PEAP). Сбор биллинговой информации для последующей ее обработки внешней биллинговой системой в режиме реального времени или в оффлайновом режиме