Контрольная работа по «Проектирование цифровых систем»

 

Для системи FDD середня пропускна здатність 1 сектора eNB може бути отримана шляхом прямого множення ширини каналу на спектральну ефективність каналу:

 

 (3.1)

 

де S - середня спектральна ефективність (біт / с / Гц);

W - ширина каналу (МГц); W = 10 МГц.

Для лінії DL:

RDL = 3,43 • 10 = 34,3 Мбіт / с.

Для лінії UL:

RUL = 1,829 • 10 = 18,29 Мбіт / с.

Середня пропускна здатність базової станції R eNB обчислюється шляхом множення пропускної здатності одного сектора на кількість секторів базової станції; число секторів eNB приймаємо рівне 3, тоді:

 

 (3.2)

 

Для лінії DL:

ReNB.DL = 34,3 • 3 = 102,9 Мбіт / с.

Для лінії UL:

ReNB.UL = 18,29 • 3 = 54,87 Мбіт / с.

Наступним етапом буде визначення кількості сот у планованої мережі LTE.

Для розрахунку числа сот в мережі необхідно визначити загальне число каналів, що виділяються для розгортання проектованої мережі LTE. Загальне число каналів Nк розраховується за формулою:

 

, (3.3)

 

де ДfУ - смуга частот, виділена для роботи мережі і рівна 71 МГц;

Дfк - смуга частот одного радіоканалу; під радіоканалом в мережах LTE визначається таке поняття як ресурсний блок РБ, який має ширину 180 кГц, Дfк = 180 кГц.

Далі визначимо число каналів Nк.сек, яке необхідно використовувати для обслуговування абонентів в одному секторі однієї стільники:

 

 

 (3.4)

 

де Nк - загальне число каналів;

Nкл - розмірність кластера, обиране з урахуванням кількості  секторів eNB, приймемо рівним 3;

Mсек - кількість секторів eNB, прийняте 3.

Далі визначимо число каналів трафіку в одному секторі однієї стільники Nкт.сек. Число каналів трафіку розраховується за формулою:

 

 (3.5)

 

де Nкт1 - число каналів трафіку в одному радіоканалі, яке визначається стандартом радіодоступу (для OFDMA Nкт1 = 1... 3); для мережі LTE виберемо Nкт1 = 1.

У відповідності з моделлю Ерланга, представленої у вигляді графіка на малюнку 2.2, визначимо допустиме навантаження в секторі однієї стільники Асек при допустимому значенні ймовірності блокування рівною 1% і розрахованим вище значенні Nкт.сек. Визначимо, що Асек = 50 Ерл.

 

Рисунок 2.2 - Зависимость допустимой нагрузки в секторе от числа каналов трафика и вероятности блокировки

 

Число абонентів, яке буде обслуговуватися однією eNB, визначається за формулою:

 

 (3.6)

 

де A1 - середня за всіма видами трафіку абонентська навантаження від одного абонента; значення A1 може становити (0,04... 0,2) Ерл. Так як проектована мережа планується використовуватися для високошвидкісного обміну інформацією, то значення A1 приймемо рівним 0,2 Ерл. Таким чином:

Число базових станцій eNB в проектованої мережі LTE знайдемо за формулою:

 

 (3.7)

 

де NАБ - кількість потенційних абонентів. Кількість потенційних абонентів визначимо як 20% від загальної кількості жителів. Загальне число жителів району становить 24500 осіб. Таким чином, кількість потенційних абонентів складе 4900 осіб, тоді:

Середню плановану пропускну здатність RN проектованої мережі визначимо шляхом множення кількості eNB на середню пропускну здатність eNB. Формула прийме вигляд:

 

, (3.8)

 

RN = (102,9 + 54,87) • 7 ≈ 1104,39 (Мбіт / с).

Далі дамо перевірочну оцінку місткості проектованої мережі і порівняємо з розрахованої. Визначимо усереднений трафік одного абонента в ЧНН:

 

, (3.9)

 

де Тт - середній трафік одного абонента на місяць, Тт = 30 Гбайт / міс;

q - коефіцієнт для сільської  місцевості, q = 2;

NЧНН - число ЧНН на день, NЧНН = 7;

N д - число днів у місяці, N д = 30.

 (Мбіт / с)

Визначимо загальний трафік проектованої мережі в ЧНН Rобщ. / ЧНН за формулою:

 

Rобщ. / ЧНН = Rт.ЧНН • Nакт.аб, (3.10)

 

де Nакт.аб - число активних абонентів у мережі; визначимо число активних абонентів у мережі як 80% від загального числа потенційних абонентів NАБ, тобто Nакт.аб = 3920 абонентів.

Rобщ. / ЧНН = 0,28 • 3920 = 1097,6 (Мбіт / с).

Таким чином, RN> Rобщ. / ЧНН. Ця умова показує, що проектована мережа не буде піддаватися перевантажень в ЧНН.

 

2.2.2 Вибір обладнання транспортної  мережі

Основними відмінностями технології LTE від попередніх технологій мобільного зв'язку 2G і 3G є:

• організація зв'язку, як голосовий, так і передачі даних по IP-протоколу;
• високі швидкості передачі даних;
• спрощена архітектура мережі.

Обладнання транспортної мережі слід вибирати, в першу чергу керуючись особливостями технології LTE, а так само, щоб дане обладнання відповідало вимогам надійності, відрізнялося ефективністю, гнучкістю, компактністю, володіло широким набором функцій і задовольняло поняттю «ціна - якість». Головною умовою при виборі обладнання транспортної мережі є надійна передача даних користувачів згідно розрахованої пропускної здатності мережі LTE.

Транспортна мережа проектованої мережі LTE буде реалізована за допомогою оптоволоконних ліній передач за технологією Ethernet. У технології Ethernet (стандарт IEEE 802.3) визначено такі швидкості: Ethernet на швидкості 10 Мбіт / с, Fast Ethernet на швидкості 100 Мбіт / с, Gigabit Ethernet на швидкості 1 Гбіт / с і 10 Gigabit Ethernet на швидкості 10 Гбіт / с. Швидкості в 1 і 10 Гбіт / с підходять для транспортної мережі. Істотною перевагою систем Ethernet є широка масштабованість і максимальна наближеність до стека протоколів IP.

У світі проектування мобільних мереж існують різні рішення вибору обладнання як мережі радіодоступу, так і транспортної мережі. Компанії - виробники обладнання для мереж мобільного зв'язку надають операторам пакети готових рішень, що складаються з підібраного за різними показниками стека апаратури. У пакети готових рішень для реалізації транспортної мережі мобільного оператора можуть входити робочі станції, комутатори, маршрутизатори, мультисервісні станції, а також спеціалізоване обладнання для управління мережею.

На сьогоднішній день серед всіх рішень різних компаній-виробників комутаційного обладнання для реалізації транспортної мережі LTE виділяються вирішення двох компаній: «Cisco Systems» і «Alcatel - Lucent». Зробимо короткий аналіз рішень цих компаній і зведемо дані в таблицю 2.3.

Таблиця 2.3 - Дані аналізу рішень для реалізації транспортної мережі LTE компаній «Cisco System» і «Alcatel - Lucent»

Коммутационное оборудование транспортной сети LTE	Компании – производители
	«Cisco Systems»	«Alcatel – Lucent»
Коммутационное оборудование сети радиодоступа E-UTRAN	Коммутатор «МЕ 3600 СХ24С»: универсальный, с возможностью подключения до трех eNB; 24 1 GEthernet порта; высокая цена; протоколы передачи - OSPF, RIPv2, EIGRP, BGP; время наработки на отказ 7 лет; протокол управления – SNMP; IP маршрутизация	Сервисный маршрутизатор «7750 SR»: подходит для крупномасштабных сетей в мегаполисах; IP маршрутизация; 10 портов 10 GEthernet; высокая цена; для подключения ОВ используются дополнительные модули SPF; протоколы передачи – OSPF, BGP
Коммутационное оборудование сети интеллектуальной агрегации	Оптический сервисный маршрутизатор «7603 OSR»: производительность 240 Гбит/с; 48 портов GBASE-LX; 4 порта 10GBASE-ER; высокая цена; масштабируемость; протоколы передачи - OSPF, RIPv2, EIGRP, BGP; время наработки на отказ 7 лет; протокол управления – SNMP; IP маршрутизация	Маршрутизатор сервисной агрегации «7705 SAR»: 6 портов 10/100 Ethernet BASE-T; 2 порта GE BASE-TX с модулями SPF; низкая  цена, низкая производительность; IP маршрутизация; протоколы передачи  – OSPF, BGP
Оборудование для реализации EPC LTE, управления услугами	Мультисервисная оптическая платформа «ASR 5000»: производительность 320 Гбит/с; интерфейсы – GE, 10GE; высокая цена; масштабируемость; протоколы передачи - OSPF, RIPv2, EIGRP, BGP; время наработки на отказ 7 лет; протокол управления – SNMP; IP маршрутизация	Система управления сетью «5620 SAM»: включает в себя несколько коммутаторов и маршрутизаторов; поддержка Ethernet, ATM; IP маршрутизация; протоколы передачи – OSPF, BGP

 

З таблиці 2.3 видно, що рішення компанії «Cisco Systems» для реалізації транспортної мережі LTE є кращим за багатьма параметрами, і, хоча ціна на обладнання даного виробника більше, проте висока якість виконання та високий рівень технічної підтримки дозволяють зробити вибір саме на користь даної продукції.

Компанія «Cisco Systems» на сьогоднішній день є безумовним лідером виробництва комутаційного обладнання в світі. Продукцію даної компанії використовують в своїх мережах понад 250 операторів мобільного зв'язку більш ніж у 75 країнах світу. У Росії свою перевагу комутаційного обладнання компанії «Cisco Systems» віддали такі оператори мобільного зв'язку, як ВАТ «ВимпелКом», ВАТ «Мобільні Теле Системи» і ВАТ «Мегафон». Продукція випускається компанією «Cisco Systems» володіє такими якостями як надійність, продуктивність, багатофункціональність, масштабованість і безпеку. У даній курсовій роботі при виборі транспортного обладнання мережі LTE перевагу віддамо обладнанню компанії «Cisco Systems».

Обладнання транспортної мережі для передачі даних за технологією LTE поділяється на:

- Транспортне обладнання мережі радіодоступу.

- Транспортне обладнання інтелектуальної агрегації.

У компанії «Cisco Systems» є готові рішення побудови транспортної мережі для мобільних операторів. Скористаємося одним з них.

В якості транспортного обладнання мережі радіодоступу виберемо комутатор «Cisco ME 3600 X 24CX». Дана модель реалізована з урахуванням величезного досвіду роботи компанії «Cisco Systems» з операторами мобільного зв'язку; дана модель володіє апаратним прискоренням, неблокіруемой продуктивністю, низькими затримками і джиттером.

Чіпсет комутатори «Cisco ME 3600 X 24CX» розроблений спеціально для мереж Carrier Ethernet.

Рисунок 2.3 - Внешний вид коммутатора "Cisco ME 3600 Х 24СХ"

 

Коротка технічна характеристика комутатори «Cisco ME 3600 X 24CX»:

кількість оптоволоконних портів: 6;

організація IP-маршрутизації;

підтримувані швидкості: 10/100/1000 Мбіт / с;

розміри (ш Ч г Ч в): 444 Ч 516 Ч 43;

вага: 6570 грам;

протокол управління: SNMP;

протоколи передачі даних: OSPF, IS-IS, EIGRP, RIPv2;

оперативна пам'ять: 1024 МБ;

тип оперативної пам'яті: DRAM;

споживана потужність: 228 Вт;

частота вхідного сигналу: 50/60 Гц;

вхідна напруга: перем. 100-240 В, пост. 48 В;

пропускна здатність: 65 Mpps;

максимальна швидкість передачі даних: 44 Гбіт / с;

fiber ethernet cabling technology: 1000 Base-LX, 100 Base-BX, 100 Base-FX, 100 Base-LX;

fiber optic connector: LC, LX-5;

дистанція передачі по оптико-волоконний кабель: 80 км;

довжина хвилі: 1310/1550 нм.

Комутатор «Cisco ME 3600 X 24CX» не виключає можливості підключення до нього декількох базових станцій eNB.Коммутатор «Cisco ME

 

Рисунок 2.4 - Внешний вид маршрутизатора "Cisco 7603 OSR"

 

В якості транспортного устаткування інтелектуальної агрегації виберемо оптичний сервісний маршрутизатор «Cisco 7603 OSR» (Optical Service Router). Оптичний маршрутизатор «Cisco 7603 OSR» призначений для побудови територіально розподілених (WAN) та міських (MAN) мереж. Основним завданням даного маршрутизатора є забезпечення роботи критичних IP додатків на швидкості оптичних каналів зв'язку.

Основні можливості і технічні характеристики маршрутизатора «Cisco 7603 OSR»:

• підтримка повного спектру функцій ПЗ Cisco IOS;
• шасі, сумісне зі стандартом NEBS;
• висока доступність платформи завдяки резервуванню блоків живлення, керуючих модулів і програмних можливостей ПЗ Cisco IOS - Global ResilienceIP;
• апаратне прискорення мережевих послуг завдяки технології Cisco PXF;
• підтримка технології MPLS / IP;
• має 24 порти 10 Base-FL, 24 порти 10Base-FX, 48 портів 1000 Base-LX, 4 порти 10 GBase-ER;
• максимальна продуктивність: 240 Гбіт / с, 30 млн. пакетів / с;
• пропускна здатність шини: 32 Гб / с;
• розміри (в Ч ш Ч д): 17,78 Ч 44,12 Ч 55,25;
• вага: 12,25 кг;
• харчування: АС 110 - 240 В, DC 48 - 60 В;
• середній час напрацювання на відмову: 7 років;
• умови експлуатації: температурний режим 0 - 40 ° С, вологість 10 - 85%.

 

Мал 2.5

 

Згідно зробленому вибору транспортного обладнання на наступному етапі дипломного проектування складемо схему організації зв'язку транспортної мережі. Схема організації зв'язку транспортної мережі показана на малюнку 2.5

 

2.2.3 Вибір оптичного кабелю

Визначення сумарного загасання на ділянці Оптичні кабелі представляють собою середовище передачі, близьку до ідеальної. За обсягами і швидкості передачі інформації, надійності і дальності її доставки оптичні кабелі значно випереджають інші технологічні рішення. Тому, на сьогоднішній день альтернативи їм немає. Класифікація існуючих оптичних кабелів за своїм призначенням показана на малюнку 2.6.