Интегрирование МСС в существующую ТфОП Новооскольского района

Максимальное количество видеопотоков среди доступных, которое  будет использоваться абонентами, пользующимися  услугами группового вещания рассчитывается по формуле:

 

                                 (2.28)

 

где IPVS MA – количество доступных групповых видеопотоков;

IPVS MUM – процент максимального использования видеопотоков.

IPVS MSM = 40 ∙ 0,6 = 28 видеопотоков.

Получаем, что в сегменте с 33 активными абонентами необходимо транслировать 28 групповых видеопотоков, т.е. из 40 доступных каналов используется только часть. Результат будет другим при изменении числа активных абонентов в сети, например, если в сети есть только один активный абонент, он будет смотреть один канал, и в сети будет транслироваться только один видеопоток. Если в некоторый период в сети 10 абонентов, то некоторые из них будут смотреть одинаковые каналы, и тогда необходимо транслировать не 10, а, возможно, 6 видеопотоков. И, наконец, если в сети 1000 абонентов, то большинство из них будут смотреть около 10 самых популярных каналов, а остальные абоненты будут принимать другие каналы.

Транслирование видеопотоков в IP сети может происходить с переменной битовой скоростью. Средняя скорость одного видеопотока, принимаемого со спутника, составляет 4 Мбит/с. С учетом добавления заголовков IP пакетов и запаса на вариацию битовой скорости, скорость передачи одного видеопотока в формате MPEG-2 рассчитывается по формуле:

 

                                    (2.29)

 

где VSB – скорость трансляции потока в формате MPEG-2, Мбит/с;

SVBR – запас на вариацию  битовой скорости.

 

Согласно формуле (2.29), скорость передачи одного видеопотока в формате MPEG-2 составляет:

IPVSB = 4 * (1+0,2) * (1+0,1) = 5,28, Мбит/с.

Для передачи одного видеопотока  в формате MPEG-2 по IP сети в режимах  группового и индивидуального вещания  необходима пропускная способность, которая рассчитывается по формулам:

 

                                         (2.30)

 

                                           (2.31)

 

где IPVS MS – количество транслируемых потоков в режиме multicast;

IPVS US – количество транслируемых потоков в режиме unicast;

IPVSB – скорость передачи одного видеопотока.

Согласно формулам (2.30) и (2.31) пропускная способность, необходимая  для передачи одного видеопотока  в формате MPEG-2 по IP сети в режимах  группового и индивидуального вещания равна:

IPVS MNB = 14∙* 5,28 = 74 Мбит/с;

IPVS MNB = 4∙* 5,28 = 21,12 Мбит/с;

IPVS UNB = 31 * 5,28 = 164 Мбит/с;

IPVS UNB = 2 * 5,28 = 10,56 Мбит/с.

Групповые потоки транслируются  от головной станции к множеству  пользователей, и общая скорость для передачи максимального числа групповых видеопотоков в ЧНН рассчитывается по формуле:

 

                                   (2.32)

 

где IPVS MSM – число используемых видеопотоков среди доступных;

IPVSB – скорость передачи одного видеопотока.

Согласно формуле (2.32), общая скорость для передачи максимального числа групповых видеопотоков в ЧНН составляет:

IPVS MNBМ = 28 * 5,28 =147,8 Мбит/с.

Общая пропускная способность  для IP сети с предоставлением услуг интерактивного телевидения на одном сетевом оптическом узле сложится из пропускной способности для передачи видео в групповом и индивидуальном режимах и может быть рассчитана по формуле:

                                            (2.33)

 

где IPVS MNB – пропускная способность для передачи группового видеопотока;

IPVS UNB – пропускная способность для передачи индивидуального видеопотока.

Согласно формуле (2.33), общая пропускная способность для IP сети с предоставлением услуг интерактивного телевидения на одном сетевом оптическом узле составляет:

AB = 74 +164 = 238 Мбит/с.

AB = 12,12 +10,56 = 31,68 Мбит/с.

Итак, для предоставления услуги IP TV на одном сетевом узле необходима полоса пропускания 238 Мбит/с; для видео по запросу и видеоконференцсвязи 31,68, Мбит/с.

 

2.6 Расчет характеристик  проектируемой сети для предоставления  услуг доступа глобальной сети Internet

 

Трафик данных в отличие от голосового трафика ассиметричен и имеет  взрывной характер. Вычислим следующие  значения полосы пропускания для  передачи трафиков данных:

• ПП_р – средняя пропускная полоса. Этот трафик от нескольких пользователей, который мультиплексирован и передается в одном потоке;
• Пиковая ПП_р – трафик такого типа возникает при загрузке Web- страницы;
• Максимальное ПП_р – это предел необходимый для ограничения скорости, для инжиниринга трафика, он не используется;
• Медная ПП_р – это показатель, который более полно определяет количество пользователей. Может быть подключена основываясь на средней и пиковой ПП_р;
• Активная группа – это количество абонентов из всех потенциальных пользователей, которые находятся в сети в определенный момент времени.

Если рассмотреть трафик, возникающий  от почты, то согласно статистике, ее загрузка осуществляется каждые 10 минут, длительностью 30 секунд в течение дня. Пользователь, отвечая на письма не предсказуем. Web-страницы могут загружаться каждые 30 секунд.

В зависимости от приложений, асимметрия трафика нисходящего и восходящего потока может быть 10:1 или 20:1.

Из вышесказанного можно сделать  вывод о том, что входящий поток, по сравнению с нисходящим, намного  меньше. Если учесть, что в подтверждении на 2-3 IP-пакета (т.е. нисходящий трафик), отправляется 1 IP-пакета (восходящий трафик), то худшее соотношение, отражающее асимметрию потоков трафика, рассчитывается по формуле:

 

                                            (2.34)

 

где PS – средняя величина пакета в нисходящем потоке данных;

A UpPS – средняя величина пакета в восходящем потоке данных.

Согласно формуле (2.34), худшее соотношение, отражающее асимметрию потоков трафика  равно:

DAWS = 2 * 500 / 64 = 16:1

Из всего этого следует, что все расчеты параметров в сети должны проводиться, принимая во внимание следующие исходные данные:

• только 10% из числа пользователей могут находиться в сети одновременно;
• из них 20% в ЧНН;
• из 20% только 25% загружают данные.

Таким образом, число активных пользователей работающих на средней скорости можно определить по формуле:

 

                                     (2.35)

 

где HHP – общее число абонентов пользуемой сети;

DP – характеристика проникновения трафика данных;

DAAF – фактор активности.

Согласно формуле (2.35), число активных пользователей работающих на средней скорости равно:

Nasf. subscr = 405∙* 0,1 * 0,2 = 9 аб.

Число абонентов одновременно принимающие  и отправляющие данные рассчитывается по формуле:

 

                                  (2.36)

 

где DPeak.AF – фактор пиковой активности 0,1.

Согласно формуле (2.36), число абонентов одновременно принимающих и отправляющих данные равно:

Peak. subscr = 405 * 0,1 * 0,1 = 4 аб.

Для определения требуемой ПП_р для среднего и пикового трафика, необходимо рассчитать среднюю и пиковую ПП_р в ЧНН, для восходящего и нисходящего трафика и выбрать из них максимальную.

 

 

2.7 Расчет для Ethernet пакета

 

Средняя ПП_р для нисходящего и восходящего трафика в ЧНН рассчитывается по формуле:

                        (2.37)

 

где BWAper. subscr -  средняя полоса пропускания приходящаяся на 1 абонента (нисходящая 80 Кбит/с, восходящая 32 Кбит/с);

OH – это отношение длины заголовка к длине пакета (нисходящего 0,15, восходящего 0,1).

Согласно формуле (2.37), средняя ПП_р для нисходящего и восходящего трафика в ЧНН равна:

BWDA = (9 *∙80  ) * (1 + 0,15)= 828 Кбит/с;

BWDA = (9 *∙32  ) * (1 + 0,1)= 291 Кбит/с.

Пиковая ПП_р для нисходящего и восходящего трафика в ЧНН рассчитывается по формуле:

                  (2.38)

 

где Peak. subscr – число активных абонентов;

BWPeak.subscr – пиковая полоса пропускания приходящаяся на одного абонента (нисходящая 400 Кбит/с, восходящая 100 Кбит/с).

Согласно формуле (2.38), пиковая ПП_р для нисходящего и восходящего трафика в ЧНН равна:

BWDPeak = (4 * 400) * (1+ 0,15)=1,8 Мбит/с;

BWDPeak = (4 * 100) * (1+ 0,1)=440 Кбит/с.

Максимум между пиковой и  средней пропускной способностью можно  рассчитать по формуле.

                                                  (2.39)

Согласно формуле (2.39), максимум между  пиковой и средней пропускной способностью равен:

BWDataDownstream =MAX[828;1800]=1,8 Мбит/с;

BWDataUpstream =MAX[291; 440]=440 Кбит/с.

 

 

 

2.8 Расчет трафика передачи  данных

 

Компьютерные сети изначально предназначены для совместного  доступа пользователя к ресурсам компьютеров: приложениям, файлам, принтерам и т.п. а так же для передачи мультимедийного трафика. Трафик, создаваемый этими традиционными службами компьютерных сетей, имеет свои особенности и существенно отличается от трафика сообщений в телефонных сетях или, например, в сетях кабельного телевидения. Трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений в сеть. Так, коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может достигать 1:50 и даже 1:100. Но если число абонентов, обслуживаемых коммутаторами, достаточно велико, то пульсации отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени так, что их пики не совпадают и коэффициент пульсации на магистральных каналах значительно снижается.

Среди всех пользователей  сети в час наибольшей нагрузки (ЧНН) в сети будет находиться и передавать данные только часть абонентов (активные абоненты). Даже в час наибольшей нагрузки, количество активных абонентов может изменяться, поэтому для их подсчета используется пятиминутный временной интервал внутри ЧНН. Максимальное число активных абонентов за этот период времени определяется параметром Data Average Activity Factor (DAAF), в соответствии с этим количество активных абонентов рассчитывается по формуле:

 

                                                     (2.40)

 

где TS – число абонентов на одном сетевом узле, аб;

DAAF – процент абонентов, находящихся в сети в ЧНН.

Число абонентов на одном сетевом  узле равно:

TS =60+40+10+150=260 аб.

Согласно формуле (2.40), количество активных абонентов равно:

AS = 260 * 0,8= 208 аб.

В час наибольшей нагрузки в сети находится 208 человек с  одного сетевого узла, охватывающего 260 абонентов.

Абоненты время от времени передают и принимают  данные и, как правило, объем передаваемых данных значительно меньше объема принимаемых данных.  Каждому абоненту необходимо обеспечить заявленную пропускную способность. Далее определим среднюю пропускную способность сети, требуемой для обеспечения нормальной работы пользователей.

Средняя пропускная способность для приема данных определяется по формуле:

 

                                     (2.41)

 

где AS – количество активных абонентов, аб;

ADBS – средняя скорость приема данных, Мбит/с;

OHD – отношение длины заголовка IP пакета к его общей длине во входящем потоке.

Согласно формуле (2.41), средняя пропускная способность для приема данных равна:

BDDA = (208 * 1,5) * (1+0,1) = 343,2 Мбит/с.

Средняя пропускная способность  для передачи данных рассчитывается по формуле:

 

                                     (2.42)

 

где AS – количество активных абонентов, аб;

AUBS – средняя скорость передачи данных, Мбит/с;

OHU – отношение длины заголовка IP пакета к его общей длине во исходящем потоке.

Согласно формуле (2.42), средняя пропускная способность для передачи данных равна:

BUDA = (208 * 0,5) * (1+0,15) = 120 Мбит/с.

Количество абонентов, передающих или принимающих данные в течение некоторого короткого  промежутка времени, определяют пиковую  пропускную способность сети. Количество таких абонентов в час наибольшей нагрузки определяется коэффициентом Data Peak Activity Factor (DPAF) и рассчитывается по формуле:

 

                                         (2.43)

 

где DPAF – процент абонентов, одновременно принимающих или передающих данные в течение короткого интервала времени.

Согласно формуле (2.43), количество абонентов, передающих или принимающих данные в течение часа равно:

PS = 208 * 0,7 = 146 аб.

Пиковая пропускная способность  измеряется за короткий промежуток времени (1 секунда), она необходима для приема и передачи данных в момент, когда одновременно несколько пользователей передают или принимают данные по сети. Пиковая пропускная способность, требуемая для приема данных в час наибольшей нагрузки, определяется по формуле:

 

                                      (2.44)

 

где PDBS – пиковая скорость приема данных, Мбит/с.

Согласно формуле (2.44), пиковая пропускная способность, требуемая для приема данных в час наибольшей нагрузки, равна:

BDDP = (146 * 3) * (1+0,1) = 482 Мбит/с.

Пиковая пропускная способность  для передачи данных в ЧНН определяется по формуле:

 

                                     (2.45)

 

где PUBS – пиковая скорость передачи данных, Мбит/с.

Согласно формуле (2.45), пиковая пропускная способность для передачи данных в ЧНН равна:

BUDP = (146 * 1) * (1+0,15) = 168 Мбит/с.

Из расчета видно, что  пиковая пропускная способность  для передачи данных выше средней пропускной способности.

Для проектирования сети необходимо использовать максимальное значение полосы пропускания среди пиковых и средних значений для исключения перегрузки сети, которое определяется по формулам: