Близнюк Вадим Леонiдович

                                                  факультет: КIТА                 спецiальнiсть: ТКС

Тема магістерської роботи:

«Дослідження і проектування мультисервисной мережі для середніх і малих міст Донецької області»
Керівник: доц. Турупалов В.В.

1. Актуальність магістерської роботи

У наш час велика частина населення і підприємств України стикається з проблемою отримання елементарних телекомунікаційних послуг. При цьому в провідних країнах світу повсюдно упроваджується цифрове телебачення, широкосмугові канали передачі даних і якісної телефонії, а населення України стикається з проблемою елементарного якісного аналогового телевізійного сигналу, не говорячи вже про інші сервіси. І якщо в містах милліонниках і інших крупних містах нашої країни ця проблема вирішується вже достатньо давно і успішно, то в малих і середніх містах з населенням від 20 до 100 тисяч чоловік це питання залишається актуальним і до цього дня. Це пов'язано насамперед з тим, що крупні оператори даного ринку послуг не розглядують подібні міста, як потенційно прибуткові ринки і не вважають за потрібне вкладення грошей в розвиток відповідної інфраструктури. Але на існуючому етапі розвитку суспільства населення і підприємства таких міст є потенційними споживачами широкого спектру послуг. Виходячи з цього найбільш прибутковим і економічно доцільним бачиться впровадження єдиної мультисервісної телекомунікаційної мережі, яка дозволила б надати кінцевим абонентам широку номенклатуру послуг на відповідному якісному рівні.

2. Мета і призначення розробки

2.1. Мета

Метою проекту з погляду соціальних результатів є надання якісно нового виду послуг населенню даного міста ( Internet, передача даних) а також надання вже існуючих послуг, але на якісно новому рівні (телефонія і кабельне телебачення). З технічної точки зору мета проекту полягає в проектуванні і дослідженні єдиної телекомунікаційної мережі для всіх перерахованих сервісів, що у свою чергу підвищує економічну ефективність мережі і дозволяє контролювати роботу всіх сервісів з одного централізованого пункту.

2.2 Призначення

Безпосереднє призначення мережі – високошвидкісний обмін даними на основі комутації пакетів. На цій основі базуються всі додаткові послуги, що надаються мережею:

• Передача даних;

• Доступ до ресурсів мережі Інтернет

• Надання послуг телефонії

• Надання послуг кабельного телебачення

Структура мережі і окремих її функціональних блоків має бути максимально ефективною з погляду показника ціна\якість, при цьому надаючи заданий перелік послуг на необхідному рівні якості. Кількість магістральних вузлів не повинна перевищувати 10.

3. Наукова новізна

На сьогоднішній день існують досить обширні дослідження підходів і принципів надання телекомунікаційних послуг населенню, але всі вони являють собою проектування і дослідження мереж для окремих телекомунікаційних сервісів. В ході даної роботи передбачається формулювання принципів і підходів до створення мультисервісної мережі, що надає широкий спектр телекомунікаційних послуг населенню середніх і малих міст донецької області, проведення моделювання і дослідження отриманих результатів, тим самим підтвердження істинності викладених підходів. Враховуючи той факт, що дослідженню і проектуванню як мереж кабельного телебачення так і мереж передачі даних присвячено досить багато робіт, а з питання надання послуг телефонії (IP-телефонії) операторами існуючих і проектованих мультисервісных мереж матеріалів практично немає, то логічним буде детальний розгляд цього питання як з програмно-технічної так і з організаційно-правової точок зору.

4. Огляд за темою

Огляд дослыджень за темою магістерської роботи охоплює два напрямки: мультисервісні мережі та VoIP-телефонія. Огляду технологій мультисервісних мереж присвячені работи В.Таценко, А.Шишова, В.Молева – вони розглядають питання побудови мультисервісних мереж. В книзі - А. Гургенидзе та В. Кореша “Мультисервисные сети и услуги широкополосного доступа” розглядаються питання проектування і супроводу мультисервісных мереж. Працівникі Донецької філії ВАТ "Укртелеком" А.Л. Бабосюк, С.М. Конініна, І.В. Довбаючи – описують економічні підходи до обгрунтування інвестицій в мультисервісні мережі. У то-же час практично відсутня інформація про дослідження і розробку рішень з подання послуг телефонії операторами кабельних мереж. Свої рішення для створення мультисервісних мереж вже розробили такі компанії як Cisco Systems, Alcatel, Ericsson, Nortel, D-link.

5. Основна частина

5.1. Інформаційна модель об'єкту

Для побудови інформаційної моделі об'єкту необхідно розглядати сервіси, що надаються, окремо а також задатися вигаданим об’єктом – містом з населенням 100 тис. чоловік. Передача даних і Internet: у жовтні кількість українських користувачів мережі Internet склало 6,091 млн. чоловік при тому, що за станом на 1 березня 2007 року чисельність населення України склала 46 590 443 чоловік. Це відповідає 13% від загального числа жителів. Враховуючи, що в крупних містах рівень проникнення Internet вищий, а в малих містах набагато нижче, орієнтуватися будемо на 5% від загального числа жителів. ( 5 тис. чоловік) Як видно, з 1990 року відбувається постійне незначне збільшення показника телефонізації (залежність від часу, практично, лінійна). Якщо темпи телефонізації залишаться такими ж, то в найближчих 2-3 року ми можемо прогнозувати збільшення рівня телефонізації до 50 телефонів на 100 домогосподарств.

Рисунок 1. Рiвень телефонiзацiї Украiні.

Телефонія: рівень телефонізації України (46% за даними КМІС) на сьогоднішній день вже достатньо високий, тому кількість потенційних споживачів послуг телефонії нового провайдера оцінимо в 20% від загального числа жителів. (20 тис. чоловік) Кабельне телебачення: використання даного сервісу безпосередньо пов'язане з економічним станом жителів міста, а враховуючи, що воно не високе, приймемо відсоток жителів що використовують дану послугу рівним 20% від загального числа жителів. ( 20 тис. чоловік) Враховуючи, що в середньому в сім'ї проживає 2-3 людини, а всі перераховані вище сервіси надаються з розрахунку на сім'ю, то отримуємо наступні дані: Передача даних і Internet – 2000 крайових пристроїв. Телефонія – 8000 крайових пристроїв. Кабельне телебачення – 8000 квартирних відведень. Якщо розглядати об'єкт з географічної точки зору, то найчастiше в нім можна виділити 5 основних районів, на які і ділитиметься вся маса абонентів. Чисельність населення в цих районах приблизно однакова і складає близько 20 тис. жителів в кожному.

                 Рисунок анiмований. Кадрiв - 4. Тривалість - 8с. Розмiр рисунка - 700х490 px.

5.2. Розрахунок трафіку мережі

Враховуючи, що сигнали кабельного телебачення передаватимуться поза середою передачі данних, розрахунок навантаження, що створюється їм не потрібний. У свою чергу 3 інших сервіса – телефонія, Internet і передача даних надаватимуться за допомогою єдиної мережі предачі даних. Трафік розраховується окремо для кожного виду послуги на кожному вузлі. Формула (5.1) для розрахунку має вигляд:

,                        (5.1)

де|   – номер мережної послуги;

– номер вузла|;

 – математичне очікування| трафіка, який генерується к-ю послугою на і-му вузлі;

 – швидкість передачі даних у бітах чи пакетах на секунду – середня пропускна здатність каналу зв’язку, якої достатньо для якісної передачі трафіка k-ї послуги;

 – кількість абонентів на і-му вузлі, які користуються к-ю послугою;

 – середня тривалість сеансу зв’язку для k-ї послуги;

 – середня кількість викликів у година найбільшого навантаження для користувачів і-го вузла, які використовують к-у послугу.

Тут швидкість передачі даних   знаходиться за формулою (5.2): 

,                                                         (5.2)

де   – максимальна пропускна здатність каналу зв’язку;

 – пачковість на одного абонента – відношення між максимальною та середньою пропускною здатністю, необхідною для забезпечення k-ї послуги; ця величина характеризує вибухообразність трафіку.

Сумарній трафік, що генерується на і-му вузлі, дорівнює: 

. .                                                     (5.3)

Виходячи з розрахованих даних можна припустити , що шукану мережу можна засновати на використанні мережевих технологій, що функціонують на гигабітных швидкостях. Цього буде достатньо для надання послуг на заданому якісному рівні.

5.3. Синтез структурної та функціональної схем мережі

Розгледимо приведену структурну схему мережі. Бачимо, що мережа складається з магістрального кільця в яке включено 5 вузлів (магістральних). Кожен з цих вузлів географічно покриває один район. Структура всіх вузлів за винятком Центрального – наступна: На них розміщені Gigabit Ethernet комутатори, які відокремлюють дві жили оптоволоконного кабелю. Навантаження що відноситься до даного району в низхідному потоці комутатор перенаправляє в відповідні комутатори рівня доступу. Навантаження , що не відноситься до даного району, перенаправляє далі по кільцю. Також на магістральних вузлах знаходяться відгалужувачі оптичного сигналу для каналу СКТБ організовуваного за допомогою додаткової жили в оптоволоконному кабелі. Відгалужений сигнал посилюється і подається в розподільну мережу, організовану також на технології оптоволокна. У вузлах доступу мережі СКТБ відбувається конвертація середи розповсюдження сигналу – з оптики в коаксіальну мережу. На рівні доступу кінцевий користувач отримує в розпорядження порти локальної обчислювальної мережі для підключення IP телефону і комп'ютера, а також коаксіальний антенний вихід для підключення до телевізора. Центральний вузол магістральної мережі має всі елементи, перераховані раніше і додатково, – устаткування ядра мережі:    • - устаткування СКТБ у складі антенного господарства що складається з телевізійних ефірних антен і супутникових антен, для прийому супутникових каналів, станції СКТБ що складається з декодерів супутникових каналів і модуляторів каналів внутрішньої мережі, а також медіа-конвертора, що перетворює середу передачі з коаксіального кабелю в оптоволокно.

• - устаткування IP-телефонної станції, що складається з типового сервера і ПО Asterisk, – відкритої програмної платформи для організації телефонії, а також спеціалізованих плат розширення з портами E1/T1.

Intranet і Internet серверного устаткування. До складу Intranet серверів входият:

• - File&Media servers – сервери, призначені для зберігання файлів і медіа-контенту для користування абонентами мережі.

• - Game servers – сервери зі встановленими на них ігровими серверними застосуваннями, для організації мережевих ігор.

• - Billing server – сервер виконуючий облік всіх послуг, які були надані кожному конкретному користувачеві з подальшим формуванням рахунків на оплату. До складу Internet серверів входять:

• Proxy-server – сервер агрегує всі запити користувачів на отримання інформації з мережі Internet і що фільтрує їх на випадок вірусних і інших видів атак.

• WEB-server – сервер, призначений для розміщення на нім як внутрішньомережевої так і зовнішньомережевої часток інтернет-сайтів, а також для підтримки різних внутрішньомережевих web-сервісів.

• Mail-server – поштовий сервер, що надає користувачам можливість використання поштових скриньок в доменній зоні оператора мережі.

5.4. Висновки

Зараз практично не проектуються і не будуються нові мережі без використання оптики і на некерованих комутаторах. Існуючі такі мережі високими темпами перебудовуються – дуже вже багато що потрібне від сучасних мереж передачі даних, IPTV, IP-телефониї, і тому подібне і всі більші вимоги по надійності пред'являє споживач. В порівнянні з DOCSIS – навіть останньою модифікацією – пропускна спроможність у мереж Ethernet на порядки вища, а надійність мережі, побудованої на оптиці, навіть порівнювати не варто. Найбільш популярна на сьогоднішній день і на найближчу перспективу технологія – оптика до будинку (FTTB) з паралельною мережею Ethernet. Цю технологію вибирають більшість операторів. Технологія HFC явно застаріває. Хоча для малобюджетних або невеликих мереж, а також в разі реконструкції коаксіальних мереж, що діють, – це зовсім непоганий вибір. Тим більше що устаткування для передачі даних подешевшало і стало доступним практично будь-якому операторові. Технологія пасивних оптичних мереж не лише не набула поширення в Україні, але і взагалі маловідома. Її перспективи залежать від виробників і постачальників відповідного устаткування, особливо від їх цінової політики. Якщо їх пропозиції виявляться цікавими, технологія займе свою нішу. Якщо ні – програє класичному комутованому Ethernet.