Расчёт структурно-сетевых параметров мультисервисных систем телекоммуникаций

Министерство связи  и информатизации Республики Беларусь

Учреждение образования

ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ

Факультет электросвязи

Кафедра телекоммуникационных систем

 

 

 

 

 

 

К защите допускаю

___  ______2012 г.

_________А.Г. Костюковский

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «Расчёт структурно-сетевых параметров

мультисервисных систем телекоммуникаций»

по курсу «МсСТк»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:        Проверил:

ст. гр.________ 

________________________     ____________А.Г. Костюковский

(подпись)          (Ф.И.О. студента)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

 

Содержание

 

Введение 3

1 Структурная организация сети ATM 4

1.1 Способ и средства  организации сети ATM 4

1.2 Структурная организация  сети АТМ 18

2 Расчёт среднего времени доставки пакета для каждого вида информации 22

3 Расчёт структурных параметров 29

4.  Сравнение двух структур………………………………………………………32

5. Выбор оборудования…………………………………………………………….34

Заключение 38

Литература 39

 

 

Введение

 

Мультисервисные сети представляют собой самостоятельный класс  сетей, строящихся на основе концепции NGN (Next Generation Network – «сеть следующего поколения»), на базе которых может быть осуществлено предоставление широкого набора как традиционных, так и новых услуг.

Определение мультисервисных сетей  как самостоятельного класса означает, что их регламентация должна осуществляться на основе нормативно-технической базы, учитывающей особенности интеграции различных услуг и системно-технических решений в рамках одной сети. Базовые услуги, предоставляемые существующими сетями связи и мультисервисными сетями (например, услуги телефонии) должны обладать идентичными характеристиками. Это означает, что мультисервисные сети должны обеспечивать выполнение принятых норм и требований для каждого типа услуг, включая показатели качества, параметры интерфейсов, адресацию/нумерацию и т.д. 

Для новых типов услуг (таких  как услуги ИСС, услуги мультимедиа, инфокоммуникационные услуги) мультисервисные  сети должны обеспечивать возможность  взаимодействия с аналогичными услугами других сетей. Построение мультисервисных сетей должно соответствовать двухуровневой архитектуре, состоящей из регионального и магистрального (включая межрегиональный) уровней. Это создаст условия для повсеместного внедрения инфокоммуникационных услуг и решения таких задач, как обеспечение структурной надежности, нормирования показателей качества услуг и т.п.

Революционные изменения в технологиях  сетей  сопровождаются появлением новых  телекоммуникационных услуг. Распространение  этих услуг меняет характер нагрузки, передаваемой по линиям сетей, а применение выносных модулей, новых технологий и новых сред распространения сигналов существенно влияет на выбор топологии и параметров сетей. В частности, может оказаться целесообразным расширение границ сетей, переход к новым структурам и изменение качества обслуживания различных видов информации. Естественно, что при этом должна меняться количественная и качественная основа исследований сетей, совокупность математических моделей и методов оценки эффективности, планирования и оптимизации сетей.

Технология АТМ на сегодняшний день является самой надежной. Это достигается тем, что, в отличие от Ethernet, в ней для каждого соединения выделяется отдельный канал, что в свою очередь гарантирует передачу пакетов без потерь. Технология также позволяет передавать цифровой видеотрафик с обеспечением заданных приоритетов, используя специальные механизмы АТМ.

В связи с этим, тема курсовой работы является, безусловно, актуальной. В данной работе проводится расчёт структурно-сетевых параметров сети телекоммуникаций.

 

1 СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СЕТИ ATM

1.1 Способ и средства организации  сети ATM

 

Цифровая абонентская  линия (xDSL) и режим асинхронной  передачи (ATM) сегодня относятся едва ли не к самым популярным сетевым  технологиям. Хотя в последнее время  некоторые производители и пользователи несколько охладели к ATM (в частности, в связи с появлением удачных альтернативных разработок), наиболее авторитетные эксперты по-прежнему убеждены в блестящих перспективах сетей с асинхронной передачей, у которых, по их мнению, в ближайшее десятилетие не будет серьезных конкурентов.

С технической точки  зрения появление асинхронного метода переноса (Asynchronous Transfer Mode - АТМ) предопределил  тот факт, что практически все  виды трафика создают неравномерную  по интенсивности нагрузку.

В качестве примера рассмотрим речевой сигнал. Во время обычного двухстороннего телефонного разговора  уровень речевого сигнала каждого  из абонентов непостоянен и имеют  место как межслоговые, межслововые  и межфразные паузы, так и промежутки молчания на время прослушивания собеседника. В целом, передача речевого сигнала от одного из собеседников осуществляется примерно в течении 40% общего времени разговора. Очевидно, было бы желательно передавать речевой сигнал только в периоды его активности и не занимать канал связи на время пауз в речи. Данный факт был использован уже в начале 60-ых годов для создания систем передачи со статистическим уплотнением, что позволило повысить эффективность использования дорогих подводных межконтинентальных линий связи почти вдвое.

В то же время представляется весьма заманчивым использовать периоды  молчания и паузы в речевом  сигнале для передачи других типов  сигналов (данные, видео и пр.). Однако, такие сигналы по сравнению с речевым создают крайне неравномерную по интенсивности нагрузку.

Традиционным способом передачи неравномерной нагрузки является тот или иной вид коммутации сообщений (пакетов). Пакеты АТМ называются ячейками (cell), так как все они имеют  фиксированную длину.

Работа сети АТМ основывается на многоуровневой архитектуре, которая приведена на рисунке 1.1. Нижним уровнем является физический (PHY). Над физическим уровнем располагается уровень АТМ. На данном уровне присутствуют ячейки. Над уровнем АТМ располагается уровень адаптации АТМ (ATM Adaptation Layer - AAL). Данный уровень реализуется в конечных системах и является прозрачным для сети АТМ. Под прозрачностью понимается то, что служебная информация уровня AAL располагается внутри 48 байт нагрузки ячейки и сеть не анализирует эту информацию. Поскольку сеть АТМ должна осуществлять доставку информации различного типа, предусмотрено несколько различных уровней AAL.

 

 

Рисунок 1.1 – Архитектура  работы сети ATM.

 

Принцип построения сети АТМ приведён на рисунке 1.2. В данном случае имеются сигналы речи, данных и видеосигналы, которые необходимо передать через сеть, а также устройства, преобразующие эти сигналы в ячейки и обратно. Ячейки мультиплексируются в один поток, который по линии связи поступает в “облако” сети АТМ. Сеть АТМ коммутирует и доставляет ячейки по назначению. Используя инфраструктуру коммутации ячеек, возможно добавлять новые типы нагрузки без изменения самой инфраструктуры. Поскольку пользователь взаимодействует только с пограничными устройствами, то для изменения (введения) нового типа нагрузки достаточно модифицировать только эти пограничные устройства. Это одна из положительных сторон технологии АТМ. При необходимости без затруднений можно производить изменение или расширение сети.

Длина ячеек АТМ равна 53 байтам, из которых 48 байт отводится  для передачи информации (нагрузки) и 5 байт для заголовка. Информация, содержащаяся в 5 байтах заголовка, достаточна для доставки сетью каждой ячейки по назначению. Адреса конечных узлов в локальных сетях АТМ составляют 20 байт. Структура заголовка ячейки зависит от типа интерфейса ATM.

Ячейки АТМ транспортируются через физический уровень. С тех пор, как начали развиваться стандарты АТМ, появилось несколько спецификаций физических уровней, которые хорошо применимы внутри здания и практически не применимы для доступа к сети общего пользования. Подключение к сети АТМ общего пользования осуществляется посредством “интерфейса пользователь-сеть сети общего пользования” (public user-network interface). Подключение к корпоративному коммутатору АТМ, входящему в состав корпоративной сети АТМ предприятия, осуществляется посредством “частного интерфейса пользователь-сеть” (private user-network interface).

 

 

Рисунок 1.2 – Принцип построения сети АТМ

 

 

Имеется тенденция использования  различных физических интерфейсов  для private UNI и для public UNI. В таблице 1.1 приведены физические уровни, применяемые в качестве private UNI. Их достаточно много, что демонстрирует одну из сильных сторон АТМ: отсутствие жесткой ориентации на единственный физический уровень. Спектр возможных уровней достаточно широк: от интерфейса со скоростью 25 Мбит/с на основе неэкранированного симметричного кабеля категории 3 до интерфейса со скоростью 622 Мбит/с на основе оптического волокна. Физический уровень STM-1 может применяться в обоих типах интерфейсов.

 

Таблица 1.1 - Интерфейсы private UNI физического слоя Форума АТМ

Формат кадра	Скорость / Линейная скорость	Среда передачи
Поток ячеек	25.6 Мбит/с / 32 Мбод	UTP3
STS-1	51.84 Мбит/с	UTP3
FDDI	100 Мбит/с / 125 Мбод	MMF
STM-1, STS-3c	155.52 Мбит/с	UTP5, STP
STM-1, STS-3c	155.52 Мбит/с	SMF, MMF, CP
Поток ячеек	155.52 Мбит/с / 194.4 Мбод	MMF, STP
STM-1, STS-3c	155.52 Мбит/с	UTP3
STM-4, STS-12	622.08 Мбит/с	SMF, MMF
UTP3 - неэкранированный  симметричный кабель категории  3; UTP5 - неэкранированный симметричный кабель категории 5; STP - неэкранированный симметричный кабель; MMF - многомодовое оптоволокно; SMF - одномодовое оптоволокно.

 

В интерфейсе пользователь-сеть сети общего пользования (Public UNI) применяются форматы передачи, типичные для телефонных сетей, такие как T1 и T3 в Северной Америке, Е1 и Е3 в Европе, J1 в Японии. Это обусловлено тем, что часто предполагается подключение к магистральной сети. Обычно магистральные сети уже имеют оборудование указанного типа. Поэтому экономически целесообразно использовать традиционно применяемые в магистральных сетях интерфейсы. Наряду с физическими уровнями, соответствующими плезиохронной цифровой иерархии, специфицированы физические уровни синхронной цифровой иерархии, а также дробные (fractional) потоки Т3/Е3. В таблице 1.2 приведены физические уровни, применяемые в качестве public UNI. Окончательные детали некоторых спецификаций еще не утверждены.

 

Таблица 1.2 - Интерфейсы public UNI физического слоя Форума АТМ

Формат кадра	Скорость / Линейная скорость	Среда передачи
DS-1	1.544 Мбит/с	TP
DS-3	44.736 Мбит/с	CP
STM-1, STS-3c	155.52 Мбит/с	SMF
E1	2.048 Мбит/с	TP, CP
E3	34.368 Мбит/с	CP
J2	6.312 Мбит/с	CP
n´ T1 *	n´ 1.544 Мбит/с	TP
n´ E1 *	n´ 2.048 Мбит/с	TP
TP - симметричный кабель; CP - коаксиальный кабель; SMF - одномодовое оптоволокно. * - Спецификации, окончательные  детали которых еще не утверждены.

 

В интерфейсе public UNI скорости ниже по сравнению с private UNI. Основной причиной этого является относительная дороговизна пропускной способности сетей общего пользования, и, следовательно, относительно большой потребности в низкоскоростном доступе к сетям общего пользования.

Интерфейс между терминалом и коммутатором называется частным  интерфейсом пользователь-сеть (private UNI). Аналогичный интерфейс сети АТМ общего пользования называется интерфейсом пользователь-сеть сети общего пользования (public UNI). Эти два интерфейса схожи. Они имеют одинаковые размеры и форматы ячеек. Различия между ними заключается в использовании различных физических уровней. Так, интерфейс UNI сети общего пользования ориентирован на использование, в основном, цифрового потока T3 и других высокоскоростных соединений. Формат ячейки ATM интерфейса UNI приведён на рисунке 1.3.

 

 

Рисунок 1.3 – Формат ячейки АТМ инерфейса UNI

 

 

Коммутаторы АТМ необходимо связать с друг другом некоторым  стандартным образом для образования  сети. Для соединения коммутаторов корпоративной сети предназначен интерфейс  сетевого узла (PNNI). На самом деле P-NNI это не только интерфейс, а скорее протокол взаимодействия многих коммутаторов в единой сети.

Соответствующий протокол сети общего пользования называется интерфейсом сетевого узла сети общего пользования (Public NNI). Он выполняет аналогичные  функции и в целом схож с NNI, однако он не стандартизирован до настоящего времени из-за проблем адресации. Формат ячейки ATM интерфейса UNI приведён на рисунке 1.4.