Граицкий Александр Сергеевич -> Автореферат магистерской работы
english

Донецкий Национальный Технический Универсистет

ГРАИЦКИЙ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

моя фотография
Факультет: Компьтерных информационных технологий и автоматики (ФКИТА)
Специальность: Телекоммуникационные системы и сети (ТКС)
Тема магистерской работы: Проектирование мультисервисной сети доступа к узлу интеллектуальных услуг в условиях города Харцызска
Руководитель: к.т.н., доц. Бессараб В.И.
Группа: ТКС-00а
E-mail: winux@yandex.ru

Автобиография      Библиотека      Ссылки      Отчет

Автореферат магистерской работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
    Электронные средства прочно внедрились в нашу жизнь. Потребности в электронных средствах связи для общества растут из года в год в стремительном темпе. В локальных сетях, а также в глобальной сети Интернет все чаще передают трафик реального времени, который является критичным к задержкам по времени, поэтому требования к пропускным способностям каналов растут и существующих до последнего времени решений - коммутируемого доступа и очень дорогих выделенных линий, сейчас явно не хватает.
    Поэтому на сегодняшний день актуальным является вопрос о внедрении новой недорогой цифровой высокоскоростной технологии передачи данных на уровне доступа. Речь идет о выборе и внедрении такой сетевой технологии передачи данных, которая могла бы отвечать современным требованиям скорости передачи данных, стоимости оборудования и обслуживании сетей, построенных по данной технологии, а также стоимости данных услуг конечным пользователям, т.е. абонентам.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
    Целью магистерской работы является проектирование мультисервисной сети доступа к узлу интеллектуальных услуг в условиях города Харцызска.
    Задачи проектирования:
  • Анализ существующей сети доступа в городе Харцызске
  • Обзор существующих технологий абонентского доступа в сети передачи данных
  • Выбор сетевых технологий на всех уровнях организации сети
  • Выбор структуры сети
  • Расчет и распределение трафика проектируемой сети
  • Оптимизация структуры сети
  • Расчет характеристик и оборудования сети
  • Моделирование проектируемой сети
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
    Научная новизна разработки заключается в следующем: в развитых странах давно ушли от коммутируемых соединений, в нашей же стране только в больших городах внедряются высокоскоростные технологии. В небольших городах, типа Харцызска, если и происходит внедрение высокоскоростных технологий, то не централизованно, что приводит к высокой стоимости данной услуги и малому количеству абонентов. Соответственно данная разработка может быть использована для построения высокоскоростной сети передачи данных в г. Харцызске, а идеи, использованные здесь, для построения сети интеллектуальных услуг и в других населенных пунктах. Данная разработка должна привести (что показывает мировая практика) к увеличению доходов провайдеров и росту качества сетевых услуг.

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ
Технология Ethernet
    Ethernet - это наиболее распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, которые работают по протоколу Ethernet в данное время, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов;
    В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет разные модификации - l0Base-5, l0Base-2, l0Base-T, l0Base-FL, l0Base-FB.
    Для передачи бинарной информации из кабеля для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, что обеспечивают пропускную способность 10 Mbps, используется манчестерский код.
    В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, которые називается методом коллективного доступа с узнаванием несущей и выявлением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).
    Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0,5 дюйма.
    Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных.
    l0Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, который называется "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).
    l0Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, который называется "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).
    l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образовывает звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.
    l0Base-F - волоконно-оптический кабель. Топология аналогичная топологии стандарта l0Base-T. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL (отстань до 1000 м), l0Base-FL (отстань до 2000 м), l0Base-FB (отстань до 2000 м).
Технология Token Ring
    Сети Token Ring, равно как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которые в данном случае состоит из отрезков кабеля, которые соединяют все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему нужно не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, который называется маркером.
    Стандарт Token Ring был разработан компанией IBM в 1984 году, а потом переданный как проект стандарта в комитет IEEE 802, что на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5. Компания IBM использует технологию Token Ring как свою основную сетевую технологию для построения локальных сетей на основе компьютеров разных классов - мейнфреймов, мини-компьютеров и персональных компьютеров. В данное время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, делая близко 60 % сетевых адаптеров этой технологии.
    Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Mbps. Смешивание станций, которые работают на разных скоростях, в одном кильке не допускается. Сети Token Ring, что работают с скоростью 16 Mbps, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Mbps.
Технология xDSL
    Сокращение DSL расшифровывается как Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия). DSL является довольно новой технологией, которая разрешает значительно расширить полосу пропускания старых медных линий, которые соединяют телефонные станции с индивидуальными абонентами. Благодаря многообразию технологий DSL пользователь может выбрать пригодную именно ему скорость передачи данных - от 32 kbps до более чем 50 Mbps. Данные технологии разрешают также использовать обычную телефонную линию для таких широкополосных систем, как видео по требованию или дистанционное обучение. Причем скорость передачи данных зависит только от качества и длины линии, которые соединяют пользователя и провайдера. При этом провайдеры обычно дают возможность пользователю самому выбрать скорость передачи, наиболее соответствующую его индивидуальным потребностям.
    Для инсталляции DSL необходимый доступ к кабельной телефонной сети и установка DSL-модемов. Для использования полосы более высоких частот, чем спектр речевого сигнала, оборудование xDSL должно быть установлено на обеих концах линии (один модем устанавливается непосредственно у абонента, а другой на телефонной станции), а сама линия должна обеспечивать физическую возможность передачи сигнала в необходимой полосе.
    Это означает обязательное удаление из линии вспомогательных устройств, которые ограничивают полосу пропускания, и устранения нарушения при прокладывании телефонной проводки. В первую очередь телефонная линия не должна быть спаренной и на ней не должно быть установлено никакого специального оборудования типа аппаратуры для уплотнения телефонных каналов, блокираторов, устройств защиты от прослушивания, устройств охранной сигнализации и т.п.
    Кроме того в телефонных кабелях иногда встречаются перепутанные между разными парами жилы, что делает невозможное использование xDSL.
    Кроме этого может понадобиться изменение существующей трассы проводки для ее удаления от источников наведений. Лучшие результаты достигаются в том случае, когда проводка от введения в дом к модему выполненная отдельным сетевым кабелем UTP5 (витой парой), а не обычным проводом (ТРП, то есть "лапша").
    Абонентские линии местных телефонных сетей работают уже много десятков лет. Поэтому обязательной есть предварительная оценка возможностей работы этих линий на высоких частотах, которые отвечают рабочим скоростям линии xDSL. Данный вид работ обычно выполняется после того, как оператор получит заказ на предоставление услуги. Цель - определение пропускной способности и стойкости работы канала. Проверку телефонной линии на возможность подключения DSL-модема должны выполнять квалифицированные специалисты. От абонента нужно показать, где проходит телефонная проводка, и отключить от сети все телефонные аппараты.
    Для ADSL может использоваться тестер, который имеет встроенный эмулятор модема, тогда как в случае других технологий без установки оборудования не обойтись.
    Кроме того, в отличии от традиционного коммутируемого доступа, процедура подключения DSL-канала включает дополнительный этап, связанный с подготовкой линии пользователя на АТС (ее должны переключить на цифровое оборудование). Дальнейшее настраивание вырабатывается абонентом самостоятельно или с помощью специалистов провайдера.
    Из оборудования для DSL-технологии обязательно надо сказать про сплитер (splitter). Сплитер представляет собой пассивное устройство, не требующего питания, и используется для коммутации ADSL-модема и обычного телефона для того чтобы обычная телефонная связь могла осуществляться по стандартной общепринятой схеме. Конструктивно сплитер представляет собой блок, который имеет три гнезда: одно - для подключения модема ADSL, другое - для подключения телефонного оборудования, а третье - для подключения к линии ADSL.
    В некоторых случаях сплитер устанавливается на телефонной линии с обеих сторон ( у абонента и на телефонной станции), но при использовании ADSL G.lite сплитер устанавливается только на телефонной станции, что в свою очередь помогает обойтись без услуг тех.персонала при установке ADSL-модема в помещении пользователя: модем можно подключить в любую телефонную розетку.
    Выбрав xDSL-подключение на уровне "абонент - КУ" необходимо также учесть, что существует несколько видов доступа: индивидуальный и коллективный.
    DSL представляет собой набор разных технологий, которые разрешают организовать цифровую абонентскую линию. Для того, чтобы разобраться в данных технологиях и определить области их практического применения, следует понять, чем эти технологии различаются. Прежде всего, всегда следует держать в уме соотношения между расстоянием, на которое передается сигнал, и скоростью передачи данных, а также разницу в скоростях передачи "входящего" (от сети к пользователю) и "исходящего" (от пользователя к сети) потока данных.
    DSL объединяет под своим названием следующие технологии
  • ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметрическая цифровая абонентская линия). Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с наличием "постоянно установленного соединения" делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям (ЛВС) и т.п. При организации таких соединений пользователи обычно получают намного больший объем информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость "входящего" потока данных в пределах от 1,5 Mbps до 8 Мbрs и скорость "исходящего" потока данных от 640 kbps до 1,5 Мbрs. ADSL разрешает передавать данные с скоростью 1,54 Мbрs на расстояние до 5,5 км по одной витой паре. Скорость передачи порядка 6-8 Мbрs может быть достигнутая при передаче данных на расстояние не более 3,5 км по проводам диаметром 0,5 мм.
  • R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения). Технология R-ADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, которую и технология ADSL, но при этом разрешается адаптироваться скорости передачи к длине и состоянию используемой витой пары. При использовании технологии R-ADSL соединения на разных телефонных линиях будет иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных может выбираться или при синхронизации линии, или во время соединения по сигналам, которые поступают от станции.
  • ADSL G.Lite представляет собой низкоскоростной вариант технологии ADSL, что обеспечивает скорость "входящий" потока данных до 1 Мbрs и скорость "исходящий" потока данных до 512 kbps. Технология ADSL Lite разрешает передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более легкая в установке и имеет меньшую стоимость, которая обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя.
  • IDSL (ISDN Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия IDSN). Технология IDSL обеспечивает полнодуплексную передачу данных на скорости до 144 kbps. В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных. Несмотря на то, что IDSL также как и ISDN использует модуляцию 2B1Q, между ними имеется ряд различий. В отличие от ISDN линия IDSL является некоммутируемой линией, что не приводит к увеличению нагрузки на коммутационное оснащение провайдера. Также линия IDSL является "постоянно включенной" (как и любая линия, организованная с использованием технологии DSL), в то время как ISDN требует установки соединения.
  • HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорость передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю одинаковые. Благодаря скорости передачи (1,544 Mbps по двум парам проводов и 2,048 Mpbs по трем парам проводов) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL как альтернативу линиям T1/E1. Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные (а это порядка 3,5-4,5 км), меньше, чем при использовании технологии ADSL. Использование для организации линии HDSL двух или трех витых пар делает эту систему идеальным решением для соединения УАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т.п.
  • SDSL (Single Line Digital Subscriber Line - однолинейная цифровая абонентская линия). Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, которые соответствуют скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничивается 3 км. В рамках этого расстояния технология SDSL обеспечивает, например, роботу системы организации видеоконференций, когда нужно поддерживать одинаковые потоки передачи данных в обеих направлениях. Технология SDSL является предшественником технологии HDSL II.
  • VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология VDSL есть наиболее "быстрой" технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных "входящего" потока до 52 Mbps, а скорость передачи данных "исходящего" потока до 2,3 Мbрs, причем по одной витой паре медных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля к конечному пользователю. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 метров до 1300 метров. Технология VDSL может использоваться с той же целью, с какой и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по требованию и т.п.
Технология ISDN
    Стандартное подключение линий ISDN осуществляется по интерфейсам BRI (Basic Rate Interface) или PRI (Primary Rate Interface). Первый из них (у некоторых операторов он называется ISDN2 - по количеству B-каналов) обеспечивает два дуплексных B-канала по 64 Кбит/с каждый. Причем в качестве линии ISDN BRI телефонные компании практически всегда используют медный кабель телефонной сети общего пользования, за счет чего снижается окончательная стоимость ISDN-линии. Каждому В-канала присваивается номер, аналогичный телефонному.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
  • Спроектировать мультисервивсную сеть доступа к узлу интеллектуальных услуг в условиях г.Харцызска.
  • Проект предусматривает анализ существующей сети доступа к Интернету г. Харцызска, выбор топологии и структуры проектируемой сети, расчет и распределения трафика, оптимизацию сети при нескольким параметрам, а также выбор современного оснащения для оптимальной работы сети.
  • При расчете количества точек доступа необходимо ссылаться на современные данные о проценте подключения по Украине, о сетевых технологиях, которые являются перспективными на данное время и др.
  • При расчете сети надо считать следующее:
  • Население города около 55 тыс человек;
  • Виды трафика в сети:
  • Передача голоса;
  • Передача данных;
  • Передача видео;
  • Передача мультимедия.
  • Расчеты надо вести ссылаясь на существующее коммуникационное оснащение, каналы связи и др.;
  • Необходимо предусмотреть аварийные случаи и случаи пиковой нагрузки в сети;
  • Необходимо предусмотреть резервирование пропускной способности для транзитного трафика (рассчитывать его не надо).
    Предварительно перед этапом выбора структуры сети, необходимо разбить город на районы, для удобства структуризации. Итак, Харцызск можно условно разбить на следующие районы:
  • Квартал Беднякова - частный сектор;
  • Черемушки - плотно заселенный спальный район города. В данном районе города находится несколько школ, детсадов, коммунальных хозяйств, магазинов;
  • Северный - частный сектор. Район представлен только квартирными абонентами;
  • Краснознаменский - деловая часть города. Представлена множеством частных и государственных фирм, жилыми домами, учебными заведениями. В данном районе находится ЦЭС г.Харцызска;
  • Октябрьский - частный сектор. В данном районе находится несколько школ и учреждений;
  • Советский - частный сектор. В районе находится завод "Авангард", школа и др;
  • Силур - крупное промышленное предприятие;
  • ХТЗ - крупное промышленное предприятие;
  • Дружба - частный сектор. В районе находится несколько фирм, магазинов и госучреждений;
  • Энергетик - частный сектор. В районе находится завод "Армлит" и АТП.
    Для заводов "Силур" и "ХТЗ" трафик не расчитывается, так как это довольно большие предприятия, которые имеют свои локальные сети, свою УАТС
    Также необходимо учесть, что информационный поток приходит в Харцызск из Донецка, а Харцызск, в свою очередь, является транзитным узлом для Кировска, Снежного, Шахтерская, Амвросиевки, Тореза.
    Для расчета трафика применим следующую методику:
     - генерация k-ой услуги на i-том узле. Данная величина рассчитывается таким методом:
     ,где
     - количество абонентов, которые пользуются k-той услугой на i-том узле
     - средняя пропускная способность, необходимая для реализации k-той услуги. Данная величина рассчитывается таким методом:
     ,где
    - для реального времени =1, а для передачи данных = 10-100.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
    Внедрение сети интеллектуальных услуг позволит значительно увеличить объем предоставляемых услуг населению и их качество, т.к. повыситься пропускная способность каналов связи, за счет внедрения новых перспективных сетевых технологий.
    В дальнейшем, используя необходимое программное обеспечение (NetCracker и др.) будет создана модель данной сети, окончательно оценен объем трафика, реальная пропускная способность сети, а также по нескольким параметрам проектируемая сеть будет оптимизирована. Для примера приведен фрагмент проектируемой сети доступа, смоделированной в NetCracker4 (рис.1). В конце проектирования будет произведен выбор оборудования.
    В автореферате приводится пример моделирования проектируемой сети (выборочных районов)
Рис.1 - Фрагмент проектируемой сети доступа.

ЛИТЕРАТУРА
  1. В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. Компьютерный сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 2-е издание. Санкт-Петербург: Питер, 2003.
  2. А.Н.Назаров. АТМ: Технические решения создания сетей. М.: Телеком, 2001.
  3. О.Татарников Популярные технологии Интернет-доступа: КомпьютерПресс, №10 2004, стр. 4-10
  4. О.Татарников Пора разворачивать XDSL: КомпьютерПресс, №10 2004, стр. 12-16
  5. Ю.Кравцов. Широкополосные технологии спускаются на землю: КомпьютерПресс, №10 2001
  6. КомпьютерПресс, №7 2001
  7. http://price.od.ua/articles.phtmlid=67.htm
  8. http://www.xdsl.ru/articles/details.htm

Начало


Автобиография      Библиотека      Ссылки      Отчет