ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Современный этап общественного развития неразрывно связан с движением по пути построения глобального информационного общества. Данное направление в значительной мере обеспечивается за счет развития и совершенствования архитектуры сетей и систем телекоммуникаций, существенного улучшения их эксплуатационных характеристик, к которым прежде всего относятся характеристики качества обслуживания всех классов передаваемого в этих сетях трафика. Если еще совсем недавно основной массовой услугой, предоставляемой широкому кругу абонентов сети передачи данных,  был доступ к ресурсам глобальной сети Интернет, то в настоящее время эта популярная услуга часто дополняется услугами звукового и телевизионного вещания, IP-телефонии,  высокоскоростного обмена данными между пользователями и рядом других. Внедрение этих услуг, предоставляемых через современные многофункциональные мультимедиатерминалы,  сопровождается переходом к мультисервисной сетевой инфраструктуре нового типа, базирующейся на принципах сетей следующего поколения NGN (Next Generation Networks). Важной частью этой пакетной сетевой инфраструктуры является широкополосная сеть доступа  (ШСД),  реализующая присоединение пользовательских терминалов и локальных сетей абонентов к узлам доступа.

1. Актуальность темы  

Постоянное расширение номенклатуры сетевых услуг, развитие технологий передачи, отображения видеоконтента, расширение пользовательской базы охваченной широкополосными услугами и многие другие факторы приводят к постоянной потребности в повышении скорости передачи данных на уровне доступа. Указанное обстоятельство способствует широкому внедрению в фиксированном секторе сети доступа  (СД)  широкополосных волоконно-оптических технологий. Инженерные достижения в сфере развития СД существенно опережают развитие научных методов анализа эксплуатационных характеристик этой части ЕСЭ. В связи с этим представляются актуальными разработка научных основ и методов создания и внедрения оптических ШСД (ОШСД), их моделирование и теоретический анализ показателей качества обслуживания всех видов трафика, передаваемых посредством этого участка сети, а также разработка научных методов анализа и обеспечения надежности в таких сетях.  Поскольку ОШСД представляют собой дорогостоящие сооружения,  покрывающие обширные, в том числе, сельские территории, то представляется актуальной разработка научных методов и алгоритмов создания структур и топологий ОШСД оптимальных с точки зрения минимизации приведенных затрат на строительство этих сетей,  но обеспечивающих при этом необходимый уровень эксплуатационных характеристик и,  в частности, показателей надежности.

2. Цели и задачи исследования

Целью исследований является изучение и модернизация существующих методов построения широкополосных оптических сетей доступа. Всвязи с этим были поставлены следующие задачи:
1.Исследовать методы построения сетевой инфраструктуры доступа на основе технологий пассивных оптических сетей и иерархических кольцевых сетей. 
2. Разработать методологию оценки показателей качества обслуживания всех классов
трафика, передаваемого через сеть доступа.
3. Проанализировать существующие методики оценки задержек распространения в 
многосвязной сети, учитывающую альтернативный характер маршрутов распространения сигнала и модернизировать их. 
4. Предложить методику оценки надежности и качества обслуживания
трафика в кольцевых оптических сетях доступа.

3. Концепция построения широкополосных оптических сетей доступа нового поколения

3.1 Сети нового поколения NGN

В настоящее время основной доход операторам приносят услуги телефонной связи – мобильная, междугородная/международная, фиксированная (для бизнес-абонентов). Эта тенденция сохранится и в ближайшем будущем. Поэтому при строительстве сетей необходимо учитывать не только возможность предоставления дополнительных услуг, но и экономическую эффективность внедрения сетей связи. При этом разумней ориентироваться не на взрывной рост доходов от эксплуатации сети в будущем, а на получение дополнительных доходов в настоящее время.
Таким образом, современные требования к сетям связи следующего поколения (NGN – Next Generation Network) заключаются в возможности оптимальной передачи голосового трафика, трафика данных, создания и предоставления новых сервисов, снижении расходов на капитальное строительство и операционных издержек по сравнению с существующими сетями связи.
В настоящее время развернуто значительное количество традиционных сетей связи, поэтому при строительстве сети NGN целесообразно учитывать возможности существующего е оборудования е и использовать эволюционный переход к сетям связи следующего поколения.

 

сеть NGN

Рис. 1 Многоуровневая иерархическая модель сети связи следующего поколения.

 

Уровень приложений отвечает за предоставление конечному пользователю информационных услуг и от того, насколько эти услуги будут ему интересны, зависит дальнейшее развитие сети. Серверы, обеспечивающие предоставление услуг, могут находиться как внутри, так и за пределами самой сети (Web-серверы, серверы, принадлежащие ASP-провайдерам).

Уровень управления сервисами отвечает за маршрутизацию вызовов, обработку сигнализации и непосредственное управление потоками. На этом уровне расположен контроллер сигнализации и управления медиашлюзами (Softswitch), который для оператора связи может выступать в качестве транзитной АТС.

Транспортный уровень отвечает за передачу информации конечному пользователю и состоит из высокоскоростного ядра пакетной сети и уровня доступа, который обеспечивает непосредственное подключение конечных пользователей к сети. Уровень доступа может быть как проводным (оптическим или медным), так и беспроводным (мобильным или фиксированным).

3.2 Концепция FTTx

Идея использования волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) для предоставления услуг частным и корпоративным пользователям не нова. Она реализуется в рамках концепции FTTx (Fiber to the х — «волокно до …»). В настоящее время для предоставления пользователям широкополосных и мультимедийных услуг используются обычно смешанные медно-оптические сети доступа. Существует несколько концепций разворачивания сети доступа смешанного типа. Одна из них называется HFC (Hybrid Fiber Coaxial) и предполагает доведение оптики до точки концентрации, при этом распределительная абонентская сеть строится на основе коаксиальных кабелей. Данная архитектура не получила широкого распространения и используется обычно лишь операторами кабельного телевидения. Другая концепция является разновидностью концепции FTTx и носит название FTTB (Fiber To The Building — «волокно к зданию», то есть доведение ВОЛС до офисного здания). Согласно концепции FTTB распределение сигналов по абонентам внутри здания осуществляется по витым медным парам с использованием преимущественно технологии VDSL.

Ниже перечислены другие варианты концепции FTTx :
FTTH — Fiber To The Home (доведение ВОЛС до жилого дома);
FTTP — Fiber To The Premises (обобщенное понятие, объединяющее, по сути, варианты FTTH и FTTB);
FTTO — Fiber To The Office (понятие, аналогичное FTTB);
FTTC — Fiber To The Curb (доведение ВОЛС до места, в котором установлен кабельный шкаф);
FTTCab — Fiber To The Cabinet (понятие, аналогичное FTTC);
FTTR — Fiber To The Remote (доведение ВОЛС до удаленного модуля, концентратора);
FTTOpt — Fiber To The Optimum (доведение ВОЛС до оптимального, с точки зрения оператора, пункта).
Наряду с FTTx существует подобная ей концепция организации распределительной сети внутри здания — FITB (Fiber In The Building).

Любая волоконно-оптическая кабельная жила теоретически имеет неограниченную пропускную способность. Опыты по передаче информации по оптоволокну со скоростью порядка терабит в секунду демонстрировались не раз. Известно, что скорость передачи ограничивается лишь активным оборудованием с обоих концов волоконно-оптического кабеля. В настоящее время сети на основе медных пар распространены повсеместно и в большинстве регионов остаются доминирующим видом кабельной инфраструктуры. Однако волоконно-оптические сети более просты, надежны и требуют меньших затрат при обслуживании по сравнению с медными сетями. Принимая в расчет эти и перечисленные выше аргументы, можно сделать вывод, что вложения в инфраструктуру ВОЛС являются эффективными и долговременными, а внедрение технологий FTTx становится оправданным и весьма перспективным направленим

3.3. Технология PON
PON — это семейство быстро развивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну. Суть технологии пассивных оптических сетей, вытекающая из ее названия, состоит в том, что ее распределительная сеть строится без каких-либо активных компонентов: разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности — сплиттеров. Следствием этого преимущества является снижение стоимости системы доступа, уменьшение объема необходимого сетевого управления, высокая дальность передачи и отсутствие необходимости в последующей модернизации распределительной сети.

Структурно любая пассивная оптическая сеть состоит из трех главных элементов — оптического станционного терминала OLT, пассивных оптических сплиттеров и оптического сетевого абонентского терминала/устройства ONT/ONU.

Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT/ONU имеют необходимые интерфейсы взаимодействия с абонентской стороны. Технология PON может использоваться для реализации различных вариантов концепции FTTx 
Появление технологии GEPON, позволяющей непосредственно передавать трафик Ethernet по оптике, явилось вполне логичным развитием концепции всеобъемлющего, сквозного использования оборудования Ethernet на сетях операторов связи. Процедуры этой технологии описаны в стандарте IEEE 802.3ah, выпущенном в 2004 году. В данной технологии для передачи трафика используются пакеты Ethernet на скоростях до 1 Гбит/с в обоих направлениях. Топология сети GEPON может быть любой: шина, звезда, комбинация их и даже кольцо для резервирования, что реализуется с применением автоматических оптических переключателей. В числе достоинств данной технологии можно отметить невысокую стоимость решений на ее основе. К настоящему времени инсталлировано около 20 млн. портов GEPON, по большей части в странах Юго-Восточной Азии. 

Другой гигабитный стандарт PON, описывающий технологию GPON, был принят ITU-T в 2005 году и получил номер G.984. В его основе лежит использование специализированного протокола, созданного на основе стандартов SDH. При этом для обеспечения эффективного использования канала связи, поддерживается динамическое перераспределение полосы пропускания с сохранением структуры кадра SDH. Стандарт позволяет передавать трафик в симметричном и асимметричном соотношении скоростей, достигая значений до 2,5 Гбит/с. К преимуществам GPON относят наличие встроенных механизмов обеспечения QoS для передачи видео и аудиотрафика. Данная технология наибольшее распространение получила в Северной Америке и Европе. 

Требования к широкополосному доступу, и в первую очередь к его пропускной способности растут столь стремительно, что пропускные способности GPON становятся недостаточными. Поэтому в план работ 15 Исследовательской  Комиссии Studied Group ITU-T в рамках вопроса 2 (SG15 Q2) на период 2009…2012 годы  была включена работа над стандартами нового поколения  NGPON с пропускными способностями 10 Гбит/с  и более.
Предполагается, что  разработка NGPON будет содержать два этапа. На первом этапе XGPON1, который уже практически завершён ITU-T в виде семейства стандартов G.987.x, будут реализованы скорости передачи PON порядка 10 Гбит/с. В рамках второго, долговременного этапа XGPON2  предполагается  увеличить скорости передачи по крайней мере в 4 раза.
В настоящее время и поставщики оборудования, и сетевые провайдеры, включая, разумеется, и Verizon, интенсивно работают над внедрением XGPON1.


4. Характирестики качества обслуживания

Выделяются следующие основные характеристики, оказывающие влияние на качество обслуживания в IP-ориентированной пакетной сети:
-среднее время задержки передачи пакетов  (кадров) или средняя задержка IPTD –  Uc;
-вариация (джиттер) задержки передачи пакетов (кадров) – IPDV;
-коэффициент потерь пакетов (вероятность потери кадра) IPLR –  PПС ;
-коэффициент ошибок при передаче пакета IPER –  PКС .

Отмечается, что вычисление показателя IPDV на выходе каждого сетевого сегмента (фазы обслуживания) требует информации о законе распределения задержки в каждом из рассматриваемых сегментов. 
Показано,  что 0,999 -  квантиль функции распределения времени задержки,  требуемый для вычисления IPDV  при оценке и прогнозировании
показателя IPDV, можно приближенно определить из следующего выражения: 


рис.1        (1)


где рис.2 – средняя задержка в i-й фазе обслуживания СД, рис.3- среднеквадратическое отклонение (ско) задержки в i -й фазе, с– коэффициент, связанный с типом параметрами распределения задержки. с
рис.5

Рис. 2. Графическая интерпретация определения квантиля  функции распределения интервала задержки.

 

Графическая интерпретация определения 0,999-квантиля рис.6функции распределения интервала задержки F(t) приведена на рис.2. Значение
IPTD min определяется из выражения:
рис.7(2)
рис.8 –  минимальное время передачи кадра,
рис.9
nmin -минимальная длина кадра,  выраженная в байтах,  Vmax – максимальная скорость передачи, tрij-задержка распространения сигнала на рассматриваемом
участке СД, между узлами i и j.

Выводы

Сети доступа являются, пожалуй, самым затратным звеном операторских сетей связи. В настоящее время на участке доступа используются преимущественно медные кабели (витые пары). Пропускная способность и канальная емкость таких кабелей не позволяет в полной мере реализовать современные мультисервисные услуги, то есть услуги по передаче речи, данных и мультимедийного трафика, включая видеоинформацию. Для предоставления новых мультисервисных услуг требуется определенная полоса пропускания, обычно более широкая, чем та, которую могут обеспечить существующие технологии в медно-кабельной инфраструктуре. Поэтому для организации доступа к широкополосным услугам часто приходится прокладывать кабели с высокой пропускной способностью. Наиболее эффективным в таких случаях является построение волоконно-оптической кабельной инфраструктуры.

Список источников

1. D.Gutierrez, J.Cho, and L.G.Kazovsky. TDM-PON Security Issues: Upstream Encryption is Needed. – National Fiber Optic Engineers Conference, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper JWA83.

2. Никитин А.В., Никульский И.Е., Филиппов А.А. Особенности внедрения технологий PON на сети оператора занимающего существенные рыночные позиции. – Вестник связи, 2009, №4, с.18–24. 

3. G.Kramer. What is Next for Ethernet PON? – Proceedings of COIN 2006, July 2006.

4. Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Ч.2. Ethernet на первой миле. – Lightwave Russian edition, 2004, № 2.

5.  Тарасов, A.B. Качество обслуживания в современных сетях / A.B. Тарасов // Провайдинг России [Электронный ресурс]. - 2005. - Режим доступа: http://www.hub.ru/ modules.php?name=Pages&op=showpage&pid=141.

6. А.Б. Гольдштейн, Н.А. Соколов. Подводная часть айсберга по имени NGN. Ч.1. - Журнал «Технологии и средства связи», №2, 2006.

7. А.Б. Гольдштейн, Н.А. Соколов. Подводная часть айсберга по имени NGN. Ч.2. - Журнал «Технологии и средства связи», №3, 2006.

8. А. Горнак. Новые горизоты PON. - Журнал "Технологии и средства связи",  №5, 2009.

9. А. Полунин. Пассивные оптические сети PON - гигабитные технологии и новое поколение оборудования. - Инжннерный вестник [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа: http://www.linkc.ru/index.php/seti-dostupa/233-passivnye-opticheskie-seti-pon-gigabitnye-tekhnologii-i-novoe-pokolenie-oborudovaniya

10. Н. Бубличенко. Широкополосный доступ в рамках архитектуры FTTx: эффективные решения компании "СТР". - Журнал "Первая миля", № 5-6, 2010.