Проектирование мультисервисной сети передачи данных

 

Существующие услуги связи не могут в полной мере удовлетворить потребности абонентов 27 микрорайона. Анализ результатов проведенного исследования позволил сделать вывод, что жители данного микрорайона хотят получать качественный высокоскоростной Интернет и услуги кабельного телевидения

 

1.2 Предмет исследования

 

1.2.1 Мультисервисные сети

В качестве предмета исследования выбрана мультисервисная сеть, представляющая собой универсальную многоцелевую среду, предназначенную для передачи речи, изображения и данных с использованием технологии коммутации пакетов (IP). Мультисервисная сеть отличается высокой степенью надежности, характерной для телефонных сетей (в противоположность негарантированному качеству связи через Интернет) и обеспечивает низкую стоимость передачи в расчете на единицу объема информации (приближенную к стоимости передачи данных по Интернету).

Надо отметить, что мультисервисные сети — это не совсем технология или техническая концепция, это скорее технологическая доктрина или новый подход к пониманию сегодняшней роли телекоммуникаций, основанный на знании того, что компьютер и данные сегодня выходят на первое место по сравнению с речевой связью.

Базовыми понятиями мультисервисных сетей являются QoS (Quality Of Service) и SLA (Service Level Agreement), то есть качество обслуживания и соглашение об уровне (качестве) предоставления услуг сети. Переход к новым мультисервисным технологиям изменяет саму концепцию предоставления услуг, когда качество гарантируется не только на уровне договорных соглашений с поставщиком услуг и требований соблюдения стандартов, но и на уровне технологий и операторских сетей.

Архитектурно структуру мультисервисной сети можно представить в виде нескольких основных уровней: ядро (магистральный уровень), уровень распределения и агрегирования и уровень доступа. Схема структуры мультисервисных сетей, изображена на рисунке 1.4.

 

Рисунок 1.4 - Схема структуры мультисервисных сетей.

 

На уровне ядра находятся высокопроизводительные платформы для быстрой коммутации трафика с поддержкой протоколов динамической маршрутизации, здесь же обеспечивается подключение к провайдеру и располагаются сервисные центры. Магистральный уровень является универсальной высокоскоростной и, по возможности, однородной платформой передачи информации, реализованной на базе цифровых телекоммуникационных каналов.

Уровень распределения включает узловое оборудование сети оператора, а уровень агрегирования выполняет задачи агрегации трафика с уровня доступа и подключения к магистральной (транспортной) сети.

На уровне доступа реализовано управление пользователями и рабочими группами при обращении к ресурсам объединенной сети. Уровень доступа включает корпоративные или внутридомовые сети, а также каналы связи, обеспечивающие их подключение к узлу (узлам) распределения сети.

В сравнении с существующей сетью связи 27 микрорайона (сеть городской АТС и спутникового телевидения), мультисервисная сеть предоставляет наиболее лучшие и качественные услуги связи, такие как IP-телефония и кабельное телевидение.

Отличие обычной от IP-телефонии заключается в том, что в обычном телефонном звонке подключение между обоими собеседниками устанавливается через телефонную станцию исключительно с целью разговора. Голосовые сигналы передаются по определенным телефонным линиям, через выделенное подключение. При запросе же по Интернет, сжатые пакеты данных поступают в Интернет с адресом назначения. Каждый пакет данных проходит собственный путь до адресата, по различным маршрутам. Для адресата пакеты данных перегруппировываются и декодируются в голосовые сигналы оригинала.

IP-телефония не только во многом превосходит обычную телефонию, но VoIP еще и дешевле. Потому что, обычные телефонные звонки требуют разветвленной сети связи телефонных станций, связанных закрепленными телефонными линиями, подвода волоконно-оптических кабелей и спутников связи. Высокие затраты телефонных компаний приводят к дорогим междугородным разговорам. Выделенное подключение телефонной станции также имеет много избыточной производительности или времени простоя в течение речевого сеанса. IP-Телефония частично основывается на существующей сети закрепленных телефонных линий. Но главное, она использует технологию сжатия голосовых сигналов и полностью использует емкость телефонных линий. Поэтому пакеты данных от разных запросов, и даже различные их типы, могут перемещаться по одной и той же линии в одно и тоже время.

В отличие от спутникового телевидения, кабельное ТВ обладает рядом преимуществ: постоянный, четкий, не зависящий от окружающей среды прием цифрового сигнала; дешевле в установки и эксплуатации.

 

1.2.2 Этапы проектирования

Взаимопроникновение различных по своей природе коммуникационных технологий породило целый ряд проблем, связанных как с предоставлением различного типа услуг при наличии фиксированной канальной и сервисной инфраструктуры, так и со строительством новых телекоммуникационных сетей, призванных обеспечить существование разнообразных сервисных приложений, а также обладающих способностью расширения и структурного изменения при необходимости в предоставлении новых (вполне возможно, еще неизвестных) типов услуг.

При проектировании технической структуры можно выделить следующие основные этапы:

Первый этап – определение типа сети передачи данных. На этом этапе устанавливаются требования по пропускной способности сети, ее надежности, управляемости, ценовым характеристикам.

Второй этап – проектирование физических носителей сети. На втором этапе предлагается определить физические носители сети (оптические или медные кабели, радиоволны различных диапазонов).

Третий этап – планирование технологий, протоколов передачи данных и политики маршрутизации основной сети. В начальной фазе данный этап предполагает выбор технологии передачи данных, например, SDH или PDH. На основе этого происходит утверждение магистрального направления развития основной сети, ее долговременные параметры. В дальнейшем происходит выбор протоколов передачи данных и политики маршрутизации, подходящих к условиям первых двух этапов.

Четвертый этап – проектирование системы управления основной сетью. Выбор правильной системы управления сетью во многом определяет успешное функционирование телекоммуникационной структуры, поэтому характеристики системы управления имеют большие весовые коэффициенты при оптимальном проектировании телекоммуникационной сети.

Пятый этап – определение интерфейсов основной сети в другие сети. Пятый этап также чрезвычайно важен, так как построение замкнутой телекоммуникационной инфраструктуры в подавляющем большинстве случаев не актуально.

Шестой этап – планирование технологий, протоколов передачи данных и политик маршрутизации наложенных сетей различных уровней.

Следует отметить, что приведенные выше этапы проектирования тесно связаны между собой и, в большинстве случаев, предполагают итеративный процесс со значительным количеством прямых и косвенных связей между этапами.

 

1.2.3 Требования к проектируемой сети

Главным требованием, предъявляемым к сетям, является обеспечение потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть.

Проектируемая мультисервисная сеть должна предоставлять следующие услуги связи:

• Широкополосный доступ к сети Интернет, обеспечивает возможность доступа к информационным ресурсам сети Интернет, использование удаленных файловых ресурсов сети Интернет, обмен большими объемами информации, электронной почте, программам обмена сообщениями (ICQ, Skype), а также другими сервисами, доступ и управление которым возможно через Интернет.
• IP телефония - способ предоставления услуг телефонии с использованием для передачи голоса среди сетей с коммутацией пакетов, в том числе IP сети передачи данных и / или Интернет.
• IPTV - это цифровое интерактивное телевидение нового поколения. С помощью IPTV плеера, без использования дополнительного оборудования, можно просматривать более 100 телевизионных каналов.

Технические требования, предъявляемые к характеристикам магистральных соединений сети:

• Скорость информационного обмена - 10 Гбит/с.
• свтоматическая диагностика возникающих неисправностей.
• Поддержка QoS;
• Низкая вероятность потери данных.

Технические требования к СКТ:

• СКТ должна состоять из волоконно-оптической сети до каждого телефицируемого здания и коаксиальной домовой распределительной сети внутри каждого телефицируемого здания.
• Частотный диапазон прямого канала 47-862 МГц.
• Уровень сигнала на отводах абонентских ТВ ответвителей должен быть не менее 68 дБмкВ для аналогового сигнала и не менее 59 дБмкВ для цифрового QAM-модулированного сигнала..
• Максимальный разброс уровней сигналов на отводе абонентского ТВ ответвителя во всем частотном диапазоне (47- 862 МГц) не должен превышать 12 дБ.
• Для защиты ТВ-сигнала, транслируемого по радиочастотным кабелям, от высокого уровня электромагнитных помех коэффициент экранирования применяемых кабелей должен составлять не менее 80 дБ в диапазоне 30-1000МГц.

Технические требования к СПД:

• Сеть передачи данных должна быть спроектирована на основе технологии Ethernet и протокола IP.
• Скорость канала для подключения здания к сети ПД должна быть не менее 100 Мбит/с.
• Пропускная способность магистральной сети ПД должна быть не менее 1000Мбит/с.
• Интерфейс подключения абонента по UTP - Ethernet 10/100BaseT.

 

1.3 Цели и задачи исследования

 

Целью дипломного исследования является разработка мультисервисной сети микрорайона, которая должна обеспечить сосуществование и взаимодействие разнородных коммуникационных подсистем в единой транспортной среде, используя единую инфраструктуру для передачи как обычных данных (обычный трафик), так и для голосовых и видео-сообщений (трафик реального времени).

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

• Провести анализ существующих сетей связи микрорайона.
• Изучить и выбрать технологии и технические решения, используемые при проектировании мультисервисных сетей.
• Выбрать топологию магистрального и горизонтального уровней сети.
• Описать работы функциональной схемы сети.
• Выбрать и распределить сетевое оборудование.
• Разработать структурированию кабельную систему.
• Провести расчет оборудования, используемых при проектировании мультисервисных сетей.
• Распределить адресное пространство сети.
• Провести расчёт оптического бюджета мультисервисной сети.
• Оценить экономическую эффективность проекта.

 

1.4 Анализ технологий и технических решений, используемых при проектировании мультисервисных сетей

 

Прежде чем начать проектировать мультисервисную сеть, нужно исследовать структурированные кабельные системы.

1.4.1 Структурированные кабельные системы (СКС)

Структурированной кабельной системой (СКС) называется кабельная система:

• имеющая стандартизованную структуру и топологию;
• использующая стандартизованные элементы (кабели, разъемы, коммутационные устройства и т.п.);
• обеспечивающая стандартизованные параметры (скорость передачи данных, затухание и проч.);
• управляемая (администрируемая) стандартизованным образом.

Отметим, что термин "стандартизованный" не означает здесь одинаковый, а определяет лишь, что все различные СКС строятся по одинаковым принципам и правилам и в соответствии с национальными и международными стандартами в области информационных технологий.

Основными средами передачи данных СКС являются витая пара Волоконно-оптический кабель.

Витая пара (twisted pair) - это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передаче сигнала.

Волоконно-оптический кабель – кабель, содержащий одно или несколько оптических волокон для передачи данных в виде света. В зависимости от конструктивного исполнения волоконно-оптические кабели делятся на кабели внутренней и внешней прокладки, а также кабели для шнуров.

Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. В волоконно-оптических системах передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, магнитных или радиочастотных помех. Таким образом, оптические кабели полностью невосприимчивы к помехам, вызываемым молниями или источниками высокого напряжения.

Цифровые вычислительные системы, телефония и видеовещательные системы требуют новых направлений для улучшения передающих характеристик. Большая ширина спектра оптического кабеля означает повышение емкости канала. Кроме того, более длинные отрезки кабеля требуют меньшего количества репитеров, так как волоконно-оптические кабели обладают чрезвычайно низкими уровнями затухания. Это свойство идеально подходит для широковещательных и телекоммуникационных систем.