Проектирование мультисервисной АТМ сети

 

На основании таблицы  требуемой полосы пропускания для  корпоративного и коммерческого трафика определяется наиболее загруженный участок сети, и последующая оценка пропускной способности магистрали проводится для этого участка. Будем полагать, что в кольце  осуществляется   динамическая маршрутизация запросов на установление соединений, соединения устанавливаются по кратчайшим маршрутам с метрикой по числу пролетов. Тогда согласно таблице 3.6 по участкам сети будут проходить следующие потоки.

Участок 1-2: 

Участок 2-3: 

Участок 3-4: 

Участок 4-5: 

Участок 5-6: 

Участок 6-7: 

Участок 7-8: 

Участок 8-9: 

Участок 9-10: 

Участок 10-1: 

Наиболее загруженным является участок 7-8, на котором для передачи корпоративного и коммерческого трафиков требуется полоса пропускания B = 1792, 849 Кбит/с.

3. Оценка пропускной способности магистрали.

Пропускная способность С магистрали ATM должна удовлетворять условию:

,    (3.6)

где   B - суммарная входная нагрузка, Мбит/с;

η - доля пропускной способности, доступная уровню ATM;

ρ - рекомендуемый максимальный коэффициент использования линий, 0,8 – 0,9,

k - коэффициент, учитывающий служебные потоки эксплуатации и технического обслуживания (ОАМ, Operating and Maintenance). Для контроля качества обслуживания служебные ячейки ОАМ вставляются в поток ячеек пользователя и передаются в прямом и обратном направлении. Потоки ОАМ используют примерно 4% полосы пропускания, k = 1,04.

При использовании технологии SDH на физическом уровне данные передаются в виде транспортных модулей STM. Фрейм модуля STM-1, представленный в виде двумерной матрицы, состоит из 9 строк и 270 однобайтных столбцов. Формат фрейма STM-1 равен 9x270 байтов. Поле полезной нагрузки имеет формат 9x260 байтов. Тогда доля пропускной способности, доступной уровню ATM, равна:

В качестве магистрального можно выбрать канал STM-1 (С = 155,52 Мбит/с), если при р=0,8, η=0,963 и k=1,04 выполняется условие:

B < 113 Мбит/с,

Т.к. в нашем случае B = 1792,849 Кбит/с, то выбираем систему передачи STM-1.

Необходимо отметить, что  как правило, при расчете нагрузки с учетом развития сети закладывается запас пропускной способности 20% - 50%, позволяющий увеличивать пропускную способность корпоративной сети без привлечения дополнительных затрат на модернизацию оборудования транспортной сети. По выбранной пропускной способности магистрали С вычисляется планируемый коэффициент загрузки сети.

 

4. Оценка характеристик передачи.

1. Временные характеристики передачи.

К временным характеристикам  передачи относятся средняя задержка ячейки и вариация задержки ячейки. Средняя задержка ячейки равна

,     (4.1)

где t _p - задержка распространения сигнала по кабелю,

N - число коммутаторов ATM в сети,

 W - среднее время ожидания в коммутаторе ATM.

Задержка распространения  сигнала по кабелю равна

,      (4.2)

где S - длина SDH – кольца (таблица 2.7.),

τ_p - задержка распространения сигнала на единицу длины кабеля, для ВОЛП

τ_p = 0,005 мс/км.

t_p = 0,005∙10^-3 ∙250 =0,00125 c.

Вариация  задержки ячейки равна

,    (4.3)

где σ²(W) - дисперсия времени ожидания в коммутаторе ATM. Для оценки времени ожидания и дисперсии времени ожидания в коммутаторе ATM можно использовать модель системы массового обслуживания М/D/1/∞ с ожиданием и относительными приоритетами по видам служб.

2. Характеристики модели  М/D/1/∞ с ожиданием и относительными приоритетами.

Среднее   время   ожидания  ячейки   k-npuopumema   в   системе   М/D/1/∞  с приоритетным обслуживанием равно:

   (4.4.)

где λ_i - интенсивность поступлений ячеек i-приоритета,

первый приоритет -наивысший,

n - число приоритетов,

 

В таблице 2.8. профиль трафика показывает соотношение интенсивностей трафика типов CBR, VBR, UBR.

Имеет место отношение:  ,

Так как B = 1792,849 Кбит/с, то

 

μ_i - интенсивность обслуживания ячеек i-приоритета.

Эти формулы  не учитывают резервирование потоков, поэтому мы не учитываем  резервирование в дальнейших расчетах.

- коэффициент использования  линии ячейками i-приоритета,

,

,  ,  .

с,

с,

с.

Средняя задержка ячейки равна

 c,

 с,

 с.

 

 

Среднее  время  ожидания  пакета  k-npuopumema в системе M/G/I/∞     с приоритетным обслуживанием равно:

   (4.4.)

где λ_i - интенсивность поступлений пакетов i-приоритета,

первый приоритет - наивысший,

n - число приоритетов,

- второй момент длительности  обслуживания пакетов i-приоритета.

- второй момент длительности  передачи пакета,

- первый момент длительности передачи пакета,

σ² - дисперсия длительности передачи пакета.

Для потоков  с экспоненциально распределенной длиной пакета .

Для потоков  с детерминированной длиной пакета .

Дисперсия  времени  ожидания  пакета  в  очереди  в  системе  M/G/I/∞ с приоритетным обслуживанием равна

,   (4.6)

- первый момент времени  ожидания (средняя задержка ожидания) в очереди ячейки 

k-приоритета,

 -  второй  момент времени ожидания  в очереди ячейки  k-приоритета, , 

п - число приоритетов.

 (4.7)

где        

- третий момент длительности передачи пакета.

Для экспоненциального  закона длины пакета

Для детерминированных длин пакетов

 

 

 

_{Вариация задержек равна:}

3. Потери ячеек по времени.

Потери ячеек возникают  из-за перегрузки (потери по времени) и  по причине нехватки буферной памяти. Рассмотрим вероятность потерь по времени. В цифровых системах коммутации величина задержки ограничена значением t₀=450мкс (Q.607, ITU-T). Вероятность превышения допустимого времени ожидания можно аппроксимировать выражением:

   (4.8.)

где t_д - предельно допустимое время ожидания в очереди,

t - среднее время ожидания в очереди,

ρ - коэффициент загрузки обслуживающего прибора.

 

 

 

При проведении аналогичных  расчетов для коэффициентов загрузки канала, отличных от планируемого, получены результаты приведенные в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Параметры  качества при различных коэффициентах  загрузки канала.

Коэфф. загрузки	CBR			VBR			UBR
	t,мкс	υ,мкс	P	t,мкс	υ,мкс	P	t,мкс	υ,мкс	P
0,012	1250,848	0,399	1,158∙10-37	1250,855	0,403	1,862∙10-37	1250,863	0,408	9,56∙10-71
0,1	1250,726	1,148	5,56∙10-36	1250,764	1,239	2,679∙10-34	1250,828	1,383	4,75∙10-61
0,3	1252,295	1,951	8,877∙10-34	1252,701	2,486	1,408∙10-26	1253,569	3,545	1,267∙10-42
0,5	1254,044	2,449	7,868∙10-32	1255,393	3,758	4,359∙10-22	1259,437	7,31	3,246∙10-27
0,6	1254,996	2,633	6,886∙10-31	1257,137	4,477	4,04∙10-83	1265,167	10,639	1,407∙10-20
0,7	1256,005	2,78	5,858∙10-30	1259,239	5,278	5,42∙10-20	1275,407	16,201	1,21∙10-14
0,8	1257,078	2,889	4,88∙10-29	1261,796	6,186	5,41∙10-18	1297,185	27,242	2,0∙10-9
0,9	1258,219	2,959	4,006∙10-28	1264,944	7,228	4,36∙10-16	1365,817	59,732	7,18∙10-5

5. Выбор допустимого коэффициента загрузки канала.

 

Сначала необходимо определить (таблица 2.9) класс QoS и соответствующие ему параметры QoS.

Учитывая исходные данные (таблица 2.8), класс QoS определяется по услуге UBR, но так как она не специфицирована, то мы выбираем Класс 1 QoS с параметрами QoS: CLR, CTD, CDV.

Из таблицы 2.10 определяем значения параметров QoS для Класса 1 QoS:

CLR (коэффициент потерь ячеек) – 3*10^-7;

CTD (время задержки переноса ячеек) – 400 мс;

CDV (отклонение времени задержки переноса ячеек) – 3 мс.

На основании расчетов произведенных в предыдущем пункте, требований к услугам и требований со стороны приложений (таблицы 2.9.-2.12.) можно сделать вывод:

допустимый коэффициент загрузки сети ρ =0,9.

 

 

 

6. Структура корпоративной мультисервисной сети.

Исходя из структуры сети, приведенной  в  задании, и трафика сети наиболее подходящей базовой структурой для нашей сети будет структура информационно-транспортной сети крупного оператора связи.

Сетевой шаблон информационно-транспортной сети крупного оператора связи

Рис. 6.1. Структура информационно-транспортной сети крупного оператора связи.

Рис. 6.2. ЛВС крупного оператора связи.

Он включает городскую  и областную сеть. Номерные ёмкости свыше 300 тыс. номеров. Основой сети является ЦУ и 12 ДУ. Имеются свободные ресурсы в виде 2-4х потоков Е1 системы SDH, а также свободные оптические волокна. ЛВС ЦУ содержит 300 рабочих мест и 6-7 серверов. ЛВС подразделений оператора располагается на 5 дополнительных узлах и содержит по 30-50 рабочих мест и 1 -2 сервера. К сети подключено 40 ОЭС и 10 сервис-центров. В области, кроме областного центра находится 3 города областного подчинения и 35 районных центров. Сети городов областного подчинения аналогичны сетям среднего оператора связи. 20 РУЭС подключены к областному центру с помощью цифровых потоков и 15 РУЭС - по каналам ТЧ. В качестве опорной транспортной сети используется ВОЛС. ЦУ и ДУ связаны по ВОЛС. ОЭС и сервис-центры подключаются к ЦУ и ДУ потоками Е1, город областного подчинения и часть районных отделений связи подключены потоками ЕЗ, Е1 или п-64 кбит/с. Оставшиеся районные отделения связи подключены по каналам ТЧ.- Удалённые абоненты и отделения связи для подключения используют технологию xDSL.

ЦУ крупного оператора  связи отличается от ЦУ среднего оператора  связи только наличием маршрутизирующего коммутатора (ATM/MPLS). ЛВС крупного оператора связи показана на рис. 6.2.

В ЛВС ЦУ крупного оператора  связи работают более 200 абонентов. Чтобы сеть такого размера периодически не перезагружалась, необходимо разбивать абонентов ЛВС на виртуальные подсети (VLAN). Выбор подсети происходит на основании принадлежности абонента к одному из функциональных подразделению ЦУ. Связь между различными подсетями должна осуществляться через маршрутизатор, который передаёт пакеты в другую подсеть  на основе   IP-адреса. Эту функцию выполняют многоуровневый коммутатор.

В целом схема ЛВС  ЦУ крупного оператора связи отличается от такой же схемы   среднего   оператора   связи   только   наличием   маршрутизирующего коммутатора.

При    использовании    компании    3Com    в    качестве    маршрутизирующего коммутатора можно выбрать Core Builder 3500.

 

 

6.1 Сетевое решение Lucent Technologies

 

 

Сетевое решение Lucent Technologies приведено на рис.6.1.

Рис.6.1. Сетевое решение Lucent

Магистральные коммутаторы Lucent

 

ATM коммутатор GX 550 дает поставщикам услуг возможность обеспечить новые уровни скорости, емкости и обслуживания. Это масштабируемое, высокоемкое решение специально разрабатывалось с учетом высокой доступности, необходимой в сетевом центре.

Уникальная особенность GX 550 — объединение емкости и  масштабируемости базового коммутатора с сервисными возможностями граничных коммутаторов, т.е. реализация магистрального транспорта и пользовательских услуг на единой платформе.

Коммутатор ATM GX 550 поддерживает Gigabit Ethernet, OC-3/STM-1, OC-12/STM-4 и OС-48/STM-16, помогая  поставщикам услуг удовлетворять  постоянно растущие требования к полосе пропускания.

 

Функции и возможности

 

• Масштабируемая архитектура, распределенная обработка и базовая коммутационная матрица 25 Гбит/с обеспечивают масштабирование по мере необходимости.
• 56 слотов, модульная архитектура 2 слота выделены для основного и резервного модулей коммутационной матрицы ATM и резервного модуля коммутационной матрицы ATM
• 2 слота для основного и резервного узлового модуля обработки (Node Processor Module)
• 2 слота для основного и резервного модулей таймера
• 10 слотов для базовых модулей ввода/вывода
• 40 слотов для модулей физических интерфейсов
• Высокая емкость: поддержка 160 х OC-3/STM-1 или 40 х OC-12/STM-4, или 10 х OC-48/STM-16 в одном модульном шасси.
• Интеллектуальная буферизация обеспечивает мгновенное изменение емкости буфера при резком увеличении трафика пользовательских приложений.
• Буфер на 2 млн. ячеек на каждый модуль ввода/вывода
• 256000 виртуальных цепей на каждый модуль ввода/вывода
• 5000 коммутируемых виртуальных цепей в секунду на коммутатор.
• Усовершенствованные технологии переключения в случае сбоев и восстановления обеспечивают постоянную доступность, необходимую в современных открытых сетях передачи данных.
• Система управления топологией Virtual Network Navigator облегчает реализацию гарантированного качества обслуживания по всей сети.
• Резервирование обеспечивает высокую аппаратную и программную сетевую надежность.
• Прямое оптоволоконное соединение дает экономичное и эффективное альтернативное решение высокоскоростного транкинга, позволяя поставщикам услуг подключать интерфейсы OC-3/STM-1, OC-12/STM-4 и OC-48/STM-16 непосредственно к волокон</spa