Выбор и характеристика транспортной системы.

Основные требования.

Выбор технологии доступа чрезвычайно важен: затраты на линию связи от транспортной сети оператора до клиента окупаются за достаточно длительный срок, и организация доступа может быть существенно дороже ядра связи.

На данный момент существует несколько способов построения сетей доступа с целью модернизации МСС. Для выбора той или иной технологии необходимо понять, что требуется от этой модернизации.

- В первую очередь это предоставление наиболее востребованных услуг, таких, как телефония и широкополосный доступ в Интернет.

- Помимо этого требования есть и другие достаточно существенные моменты, которые необходимо учитывать:                                                                                                          

 оптимальную стыковку с магистральной сетью.

Оборудование либо должно быть построено по той же технологии, что и магистральная сеть, либо оно должно быть достаточно гибким для стыковки с основными сетями, такими как ATM, Ethernet, SDH;                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

 стоимость и достаточные возможности оборудования.

Оборудование должно быть доступным для абонента, иначе стоимость подключения к сети  станет запредельно высокой – и в итоге сеть останется без абонентов;

 стоимость и возможности линейных сооружений.

Необходимо учитывать стоимость прокладки кабеля, а при развитии сети доступа в уже кабелированных районах следует помнить о наличии медного кабеля. При имеющейся готовой сети необходимо оценить, возможно ли в ней будет организовать систему достойного уровня;

 эксплуатационные показатели.

Прежде всего имеется ввиду стоимость обслуживания сети, куда в первую очередь входит обслуживание активных узлов сети и пассивных линейно-кабельных сооружений. Сбои в работе неизбежно приведут к отказам абонентов;

 перспективность решения.

Несмотря на то, что на данный момент для сети доступа предоставления простых услуг, в перспективе конкуренция и спрос приведут к тому, что операторы начнут предлагать новые услуги, такие как потоковое видео и “видео по запросу”.

Выбор типа системы передачи.

Исходной информацией для выбора ВОСП является количество организуемых каналов ТЧ, ОЦК или цифровых потоков различного уровня. Таким образом, выбор ВОСП определяется характером передаваемой информации (телефония, передача данных, видеотелефон, телевидение и др.), а также числом организуемых каналов. Следует при этом иметь в виду, что в настоящее время в ВОСП используется унифицированная каналообразующая аппаратура ЦСП различных ступеней иерархии.

Так как существующая сеть организована по MC04-SDH для организации связи по кольцевой топологии, выбираем аппаратуру ВОСП – мультиплексор МС04-SDH-TM(ADM)-1.

Мультиплексор МС04-SDH-TM(ADM)-1 предназначен для передачи потоков Е1 и/или данных Ethernet 10/100Base-T по волоконно-оптическим кабелям с использованием технологии SDH (STM – 1).

Область применения

сети связи, построенные на волоконно – оптических кабелях, в качестве:

- оконечного мультиплексора;

- мультиплексора ввода/вывода;

- регенератора;

- кроссового коммутатора.

Функциональные возможности

- 4 слота для установки модулей: SDH, PDH (2048 кбит/с), Ethernet;

- изменяемая скорость передачи данных Ethernet. Технология –“GFP encapsulation, VC12 virtual concatenation (1~63 VC12)”

- скорость передачи данных в оптическом тракте 155 Мбит/с;

- широкая матрица кросс-коммутации 504 × 504 VC – 12s;

- LCD дисплей для отображения аварийных состояний, сетевой конфигурации мультиплексора;

- организация служебной связи между мультиплексорами;

- мониторинг аварий и конфигурирование мультиплексоров в линии при помощи программ, исполняемой на компьютере;

- компактный дизайн – 1U (19 inch – стойка).

Конструкция и состав системы

В состав мультиплексора входят: материнская плата с корпусом мультиплексора, модуль SDH интерфейса (интерфейсов), модуль PDH интерфейсов, модуль Ethernet интерфейсов.

Материнская плата с корпусом мультиплексора в металлическом корпусе 1U размерами 440 × 230 × 44 мм (без учета крепежа к стойке).

Питание мультиплексора осуществляется от сети напряжением 48/60 В (постоянное) или 220 В (переменное).

Материнская плата имеет четыре внутренних разъёма и направляющие пазы для установки модулей.

Плата осуществляет обработку, мультиплексирование/демультиплексиро-

вание цифровых потоков, поступающих с модулей. На плате установлены разъёмы для подключения: Ethernet (мониторинг), служебной связи. Установленный на плате процессор производит мониторинг работы всего устройства (материнской платы, модулей) и передает информацию о состоянии устройства на  LCD – дисплей, индикаторы, в порт Ethernet.

Функциональные возможности мультиплексора определяется в обозначении:

         МС04-SDH-XXX-1-XXE1/XETH100

                                 1           2          3

1 – тип мультиплексора ТМ – терминальный мультиплексор, ADM – мультиплексор ввода-вывода (ADD-DROP);

2 – количество портов Е1. (8, 16, 24) определяется количеством установленных модулей Е1;

3 – количество портов Ethernet (2, 4, 8, 12).

Основные параметры

Оптический интерфейс SDH:

- скорость передачи, кБит/с                   155520 

- стандарт                                                 STM-1 G.957, framing G.707

- код                                                         Scrambled NRZ

- тип коннектора                                     SC

- мощность выходного оптического

WDM 1,3 сигнала, дБ                                    от -0 до -5 

- допустимый диапазон мощности входного

оптического сигнала WDM, дБ                   от -6 до -25 

Интерфейс Е1

- стандарт                                                  G.703

- скорость передачи, кБит/с                   2048 

- код                                                            HDB3

- импеданс, Ом                                           120 (или 75)

- тип коннектора                                       RJ45

 Интерфейс Ethernet 10/100Base-T:

- стандарт                            10/100Base – Tx Ethernet interface: IEEE 802.3

- режим работы                  bridge

- скорость передачи. Мбит/с от 2 до 100 (n×2 шаг нарастания скорости )                        

- допустимая длина кабеля UTP, м           100 

- тип коннектора                                       RJ45

- функции поддержки технологий         Auto MDI/MDIX,Half/Full               

                                                                          Duplex Auto Negotiation,

                                                                          802.1Q MAC (до 1536 байт).

   Канал служебной связи:

     - тип телефона                                         ТА с тональным набором

  - тип вызова                                             DTMF

   - тип номера                                            № NNNN (четырехзначный)

   - тип коннектора                                     RJ11

  Управление и мониторинг Ethernet:          

- интерфейс                                                 10Base-Tx Ethernet interface

- операционная система компьютера     MS Windows 2000/XP

- стандарт                                                    G.744, G.784, G.831, Q.811,

                                                                           Q.812, M.3100, M.3000

Устройство и работа аппаратуры

SDH -  интерфейс 

Мультиплексор обеспечивает передачу по оптоволокну 63 виртуальных контейнеров VC - 12 (2240 кбит/с). Для обработки контейнеров служит матрица кросс-коммутации 504 ×504 VC – 12. Высокоскоростные

оптические интерфейсы 155 мБит/с поступают в мультиплексор с одного или двух направлений (принята терминология восток – запад). Для ввода – вывода более низкоскоростных потоков служат интерфейсные модули с интерфейсами Е1 и Ethernet. Данные, поступающие от модулей с интерфейсами Е1 и Ethernet, инкапсулируются в виртуальные контейнеры

 VC – 12, затем мультиплексируются в более высокоскоростной канал

 STM – 1 и передаются через оптический интерфейс. Конфигурирование ввода – вывода потоков мультиплексора и их коммутация осуществляется при помощи программного обеспечения. Для обеспечения режима «терминальный мультиплексор» (ТМ) достаточно одного модуля с одним оптическим интерфейсом. Для обеспечения режима «мультиплексор ввода- вывода» мультиплексора достаточно одного модуля с двумя оптическими интерфейсами. В мультиплексоре реализованы следующие функции защиты передачи данных:

- Защита трафика MSP обеспечивается посредством дублирования потока STM – 1 (1+1). Переключение трафика данных на резервную оптическую линию выполняется без обрыва связи. Переключение на резервную линию STM – 1 происходит в случаях: обрыва основного тракта; неисправности в модуле оптических интерфейсов мультиплексора; программной команды оператора. Переключение на резервную линию (MSP) автоматически происходит при обнаружении следующих аварий в основном оптическом потоке STM-1: OLOS (optical Los – потеря входного оптического сигнала ); LOF (потеря фреймов в потоке STM-1); AIS – обнаружение сигнала аварийного сообщения в мультиплексной секции STM-1 (MS-AIS); превышение коэффициента ошибок в байте В2(EBER-B2).

- Защита трафика SNC-P используется в топологии типа «кольцо» и обеспечивает резервирование VC-12 по направлениям «Восток» или «Запад». Переключение потока с основного направления на резервное

инициируется после обнаружения следующих неисправностей: SF (потеря сигнала; обнаружение сигнала AIS на выделяемом компонентом потоке (LP-AIS); Направление потоков данных после переключения сохраняется до восстановления компонентного потока.

Выбор оборудования узла доступа.

Расчет нагрузки сети доступа в местной сети.

Нагрузка, создаваемая абонентами, складывается из двух составляющих: телефония и Интернет. Параметры телефонной нагрузки :  = 5 вызовов в час, 2 минуты.

Объём переданных данных в час наибольшей нагрузки ограничивается 10 Мбайт.

Для расчёта числа пакетов создаваемых пользователями телефонии, необходимо задаться типом используемого кодека.    Наилучшее качество речи обеспечивает кодек G.711. Длительность дейтаграммы равна 20 мс, согласно рекомендации RFC 1889. При этом в секунду передаётся:

 

  

 = 1/0,02 = 50 (кадров в секунду)

 

Размер пакетизированных данных:

где  v - скорость кодирования, байт/с;

h - размер пакетизированных данных;

 - длительность одной речевой выборки (длительность  пакета).

 

При использовании кодека G.711 скорость кодирования

v = 64000/8 = 8000 (байт/с)

h = 8000·0,020 = 160 (байт)

Для определения размера пакета необходимо учесть заголовки:

• Ip - 20 байт;

• UDP - 8 байт;

• RTP-12байт.

Суммарный размер пакета - 160 + 20 + 8 +12 = 200 байт.

 

 

Определим число IР-пакетов, генерируемых каждой группой в час наибольшей нагрузки, при условии, что мультиплексор абонентского доступа обслуживает N= 48 абонентов:

 

где:

•  - число пакетов, генерируемое пользователями в час наибольшей нагрузки при использовании голосовых сервисов;

•     - число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании кодека 0.711,согласно РД 45.120.2000 принимаем равным 120 ;

•  - средняя длительность разговора в секундах для абонентов;

•  - число вызовов в час наибольшей нагрузки для абонентов;

• N - общее число пользователей.

 

Для расчёта числа пакетов, генерируемых группой пользователей при использовании сервисов передачи данных, необходимо задаться размером пакетов. При построении сети NGN, как правило, на одном или нескольких участках сети на уровне звена данных используется та или иная разновидность технологии Ethernet, поэтому использовать пакеты, превышающие максимальную длину поля данных Ethernet, не имеет смысла. Очень длинный пакет рано или поздно будет фрагментирован, что приведёт, во-первых, к излишней нагрузке на коммутаторы, и, во-вторых, к возможным перезапросам в случае потерь. Кроме того, использование пакетов большого размера затрудняет обеспечение качества обслуживания и на магистральной сети, и в сети доступа. Более того, как правило, корпоративные пользователи устанавливают на границе своей сети файервол, который, иногда, ограничивает максимальный размер кадра. Поэтому для расчёта выберем одинаковые размеры пакетов и при передаче данных, и при передаче голосового трафика - полезная нагрузка 160 байт. При передаче данных вместо протоколов RTP и UDP используется ТСР, вносящий точно такую же избыточность (20 байт).

                                                                      

 Для расчёта числа пакетов в час наибольшей нагрузки необходимо задаться объёмом переданных данных. Предположим, что абоненты относятся к Интернет-сёрферам, т.е. в основном просматривают веб-страницы. Средний объём данных, переданных за час при таком способе подключения, составит около V = 10 Мбайт =80 Мбит.

Число пакетов, преданных в ЧНН, будет равно:

 

где

• Nд - количество пакетов, генерируемых в час наибольшей нагрузки абонентами  при использовании сервисов передачи данных;

• h - размер поля данных пакета;

• N - общее число пользователей.

 

Суммарное число пакетов, генерируемых второй группой пользователей в сеть в час наибольшей нагрузке, будет равно:

 

 

 

Требования к полосе пропускания.

Требования к полосе пропускания определяются гарантиями качества обслуживания, предоставляемыми оператором пользователю. Параметры QoS описаны в рекомендации ITUТ.1541. В частности, задержка распространения из конца в конец при передачи речи не должна превышать 100 мс, а вероятность превышения задержки порога в 50 мс не должна превосходить 0,001, т.е.

 

Задержка из конца в конец складывается из следующих составляющих:

 

где  - время передачи пакета из конца в конец;

 - время пакетизации (зависит от типа трафика и кодека);

 

 - время задержки при транспортировке в сети доступа;

 — время задержки при распространении в транзитной сети;

 - время задержки в приёмном буфере.

 

Применение  низкоскоростных кодеков «съедает» основную часть бюджета задержки. Задержка в приёмном буфере также велика, поэтому на сеть доступа и транспортная сеть должны обеспечивать минимальную задержку.

Допустим, что задержка сети доступа не должна превышать 5 мс. Время обработки заголовка IР-пакета близко к постоянному. Распределение интервалов между поступлениями пакетов соответствует экспоненциальному закону. Поэтому для описания процесса, происходящего на агрегирующем маршрутизаторе, можно воспользоваться моделью М/G/1.

Для данной модели известна формула, определяющая среднее время вызова в системе (формула Полячека - Хинчина):

где  - средняя длительность обслуживания одного пакета;

 - квадрат коэффициента вариации, 0,2;

 - параметр потока, = 132455;

 - среднее время задержки пакета в сети доступа,  = 0,005с.

 

Ненулевой коэффициент вариации учитывает возможные отклонения при использовании в заголовках IР полей ТоS. Кроме того, время обработки IР-пакета в значительной мере зависит от используемых на маршрутизаторе правил обработки.

Зависимость  максимальной величины для средней длительности обслуживания одного пакета от среднего времени задержки в сети доступа:

               

        

Данная зависимость представлена на рисунке 1.3.

 

Рис.1.3 Зависимость   максимальной величины для средней длительности обслуживания одного пакета от среднего времени задержки в сети доступа.

 

Интенсивность обслуживания связана со средним временем задержки пакета в сети доступа обратно пропорционально:

                                 

 

Графически данная зависимость представлена на рис.1.4.

 

Рис.1.4. Зависимость интенсивности обслуживания от времени задержки в сети доступа

 

При норме задержки  5 мс среднее время обслуживания пакета (для рассчитанной выше пропускной способности) будет равно:

 

 

Время должно выбираться как минимальное из двух возможных значений. Первое значение - величина, полученная из последней формулы. Второе значение - та величина, которая определяется из условия ограничения загрузки системы - р. Обычно эта величина не должна превышать 0,5.

При среднем значении задержки в сети доступа 5 мс коэффициент использования равен:

                          

 

При таком высоком использовании малейшие флуктуации параметров могут привести к нестабильной работе системы. Определим параметры системы при её использовании на 50%, Средняя длительность обслуживания будет равна

                                   

 

 

Интенсивность обслуживания при этом:

   

  

А задержка в сети доступа:

 

Рассчитывать вероятность при известных  и  нецелесообразно, т.к.в Y.1541 вероятность Р{t>50мс} < 0.001 определена для передачи из конца в конец.

 

При известном среднем размере пакета h = 200 байт получаем требуемую полосу пропускания:

 =  = 2.65·105· 200= 5.3·107 (байт/с) = 4.24 · 10⁸ (бит/с) (4.25)

 

Следовательно,  пропускная способность обеспечивается системами передач не ниже SТМ-4.