1 Описание объекта проектирования
1.1 Провайдер услуг ПАО «Ростелеком»
ПАО «Ростелеком» — крупнейший в России провайдер цифровых услуг, который присутствует во всех сегментах рынка и охватывает миллионы домохозяйств, государственных и частных организаций. «Ростелеком» занимает лидирующие позиции на рынке услуг высокоскоростного доступа в интернет и платного телевидения, и является лидером рынка телекоммуникационных услуг для органов государственной власти России и корпоративных пользователей всех уровней. Компания — признанный технологический лидер в инновационных решениях в области электронного правительства, кибербезопасности, дата-центров и облачных вычислений, здравоохранения, образования, жилищно-коммунальных услуг.
На массовом рынке компания развивает линейку сервисов для семьи, включая базовые услуги связи и цифровые решения для «Умного дома», онлайн-образования, геймеров и др. Также компания занимается созданием экосистем цифровых решений для бизнеса, как для крупных федеральных корпораций, так и для малого и среднего бизнеса.
ПАО «Ростелеком» обладает собственной мощной магистральной сетью связи. Магистральная сеть ПАО «Ростелеком» отвечает всем требованиям современных рыночных условий.
Собственная магистральная цифровая сеть связи протяженностью около 500 тыс. км., построенная на основе ВОЛС с использованием SDH- и DWDM-технологий, и также местные сети, протяженностью свыше 2,6 млн. км., обеспечивают полное покрытие территории Российской Федерации и передачу любого типа информации: голоса, данных, видео.
Характеристики сети:
Состоит из магистральных линий связи, соединенных через транзитные междугородные и международные узлы связи (ТМгУС и ТМнУС) с сетями национальных и зарубежных операторов;
Используются современные SDH- и DWDM-технологии;
Свыше 350 точек доступа в России и за рубежом;
Участие в 17 международных кабельных системах;
Прямые стыки со 190 сетями в 70 странах;
Договорные отношения с более чем 2300 национальными и международными операторами фиксированной и мобильной связи;
Резервирование сети по географически распределенным маршрутам.
Основной целью компании «Ростелеком» является изменения или улучшения жизни людей в любой сфере деятельности, и, исходя из этой цели, компания ставит себе задачи, достижение которых поможет достигнуть поставленных целей. «Ростелеком» расширяет зону своего присутствия географически; комплексность и технологичность компании позволяет оказывать максимально эффективную помощь обществу; все проекты компании рассчитаны на многолетнюю перспективу.
1.2 Характеристика зоны проектирования
В данном проекте проектируется сеть доступа для пяти домов микрорайона «Белокаменный-2» города Бердска.
Микрорайон «Белокаменный-2» – это продолжение строительства Микрорайона «Белокаменный». 2-я очередь включает в себя строительство двух 5 этажных многоквартирных домов и одиннадцать 9-этажных многоквартирных домов. В домах размещены квартиры-студии, однoкoмнатные и двухкoмнатные квартиры. Для кoмплекса дoмoв на территории в достаточном количестве предусмотрены парковочные места, детские площадки и зоны отдыха. //////////
Инфраструктура микрорайона развита, в семи минутах ходьбы находиться остановка общественного автотранспорта, торговый центр с фитнес-клубом и магазинами. На территории микрорайона проложены новые коммуникации, находящиеся на обслуживании управляющей компании, сотрудничающей с застройщиком. Данный микрорайон оснащён своей газовой котельной обеспечивающей теплом и горячей водой.
Рисунок 1.1 – Карта зоны проектирования
Таблица 1.1 – Сведения о проектируемых домах
Адрес Общее кол-во квартир Кол-во подъездов Кол-во этажей Кол-во квартир на этаже
Ключевая д. 51 92 2 9 6 квартир с 1-6; 4 квартиры с 6-9.
Ключевая д. 53 92 2 9 6 квартир с 1-6; 4 квартиры с 6-9.
Ключевая д. 53/1 92 2 9 6 квартир с 1-6; 4 квартиры с 6-9.
Ключевая д. 55 92 2 9 6 квартир с 1-6; 4 квартиры с 6-9.
Ключевая 57/1 92 2 9 6 квартир с 1-6; 4 квартиры с 6-9.
Общее количество квартир на проектируемом участке составило 460. Согласно маркетинговым исследованиям к сети передачи данных подключится 250 абонентов; услугами IP-TV будут пользоваться 184 абонента; HDTV будут пользоваться 180 абонентов; телефонные аппараты подключать 111 абонентов.
1.3 Архитектура сети на базе Ethernet
FTTB – это сеть широкополосного абонентского доступа в городскую сеть передачи данных, в которой от узла связи до здания прокладывается волоконно-оптический кабель, далее – до абонента проложен медный кабель. С широкой полосой систем FTTB имеет возможность предоставления большого числа новых услуг.
Рисунок 1.2 – Структурная схема FTTB
На рисунке 1.2 представлена общая структурная схема построения организации сетей FTTB. Центральный узел соединяется с разветвительными муфтами, оптическим кабелем, а затем – разветвительные муфты соединяются с узлами связи.
Особенностями данной технологии являются: высокая пропускная способность, надежность сети и высокая скорость внедрения новых телекоммуникационных. Под FTTB технологией понимают относительно глубокое проникновение оптики до абонента, т.е. работу оптического узла (ОУ) в среднем на 100-250 абонентов (например, 9-12-ти этажный дом на 4-6 подъездов). услуг.
Рисунок 1.3 – Схема организации сети FTTB в жилом доме.
На рисунке 1.3 изображена типовая схема сети по технологии FTTВ. В доме – в цокольном, подвальном, на верхнем или техническом этажах – устанавливается антивандальный шкаф, где размещается пассивное (кросс) и активное (коммутатор) оборудование. От узла связи до такого шкафа прокладывается оптический кабель, а далее – по стоякам – разводятся многопарные кабели UTP (обычно в таких решениях используется категория 5e). В этом решении соединения многопарного (вертикального) кабеля и абонентских (горизонтальных) кабелей осуществляются в распределительных коробках с помощью модулей контактов типа 110 – они более компактны по сравнению с разъемами RJ-45. Абонентские кабели от распределительной коробки доводятся до квартиры, где оканчиваются привычной розеткой RJ-45. К одной распределительной коробке могут подключаться абоненты, как с данного этажа, так и с соседних — в последнем случае абонентские кабели прокладываются в защитной трубе до нужного этажа, где через универсальную разветвительную коробку выходят на горизонтальный уровень разводки.
В отличии от технологии PON, в которой оптический кабель прокладывается через весь дом и по которому могут подключится настолько много абонентов, насколько это позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры, при FTTB на одной линии связи, то есть на одном кабеле, может подключиться только один абонент. Также, в отличии от PON, где скорость передачи может получить как один абонент, так и все, кто подключен по одному кабелю, то FTTB нисколько не ограничивает абонента в скорости, и он не зависит от других абонентов. FTTB позволяет быстрее найти проблемный участок в случае повреждения оптики, и, как следствие, быстрее устранить его; оператору значительно проще проектировать сеть доступа; менее жесткие условия к качеству прокладки ВОЛС.
2. Выбор активного оборудования сети
Граничные маршрутизаторы соединяют магистральную сеть ПАО «Ростелеком» с другими сетями. Эти маршрутизаторы образуют особый слой, который выполняет функции приема трафика от внешних по отношению к магистрали сетей.
Задача ядра сети - высокоскоростная коммутация трафика. Устройства, входящие в состав ядра сети, выполняют функции:
высокоскоростной маршрутизации/коммутации трафика сети;
резервирования на уровне аппаратуры и каналов;
разделения нагрузки по параллельным каналам;
быстрого переключения между основным и резервным каналами;
эффективного использования полосы пропускания соединений.
Ядро сети строится из модулей, образованных одним высокопроизводительным устройством, с обеспечением аппаратного резервирования. Построение ядра сети на базе специально подобранных коммутаторов сокращает время простоя сети, как в случае отказа аппаратного (за счет гибких схем резервирования), так и в случае программных ошибок или ошибок оператора (за счет разнообразных механизмов поиска неисправностей).
Узел агрегации выполняет связующую функцию и функцию агрегации трафика абонентов. Основное требование к этому уровню состоит в обеспечении резервирования и оптимальном разделении нагрузки между параллельными соединениями (как в сторону уровня доступа, так в сторону ядра сети). Модули, используемые для организации уровня распределения, обычно организуются двумя аналогичными коммутаторами, функционирующими в режиме взаимного резервирования.
Домовой узел – узел доступа предназначен для подключения рабочих станций пользователей и других периферийных устройств (сетевых принтеров и др.) к ЛВС. Основное требование, предъявляемое к оборудованию уровня доступа, заключается в поддержке всевозможного функционала, обеспечивающего безопасность подключения абонента к сети. Коммутаторы доступа должны максимально облегчать администрирование подключений абонента, по возможности автоматизируя рутинные операции по поддержке сети.
2.1 Расчет нагрузки на узел агрегации
Согласно выбранному варианту проектирования сети, рассчитаем нагрузку на узел агрегации согласно концентрации требуемой нагрузки.
Общее количество квартир на проектируемом участке составило 460. Согласно маркетинговым исследованиям к сети передачи данных подключится 230 абонентов; услугами IP-TV будут пользоваться 184 абонента; HDTV будут пользоваться 180 абонентов; телефонные аппараты подключать 111 абонентов.
Расчет нагрузки в узлах коммутации произведем на основе оценочной методики, которая позволит составить технические требования к коммутационному оборудованию и интерфейсам для подключения этого оборудования в СД.
Для описания скорости передачи служб с изменяющимся трафиком используются следующие параметры:
пиковая или максимальная битовая скорость передачи: В(k)макс;
средняя битовая скорость: В(k)ср;
пачечность:
K_пач^((k))=(B_макс^((k)))/(B_ср^((k)) ) , (2.1)
среднее время пика Т(k)пик.
Для служб с постоянной скоростью передачи В(k)макс=const на всем периоде сеанса.
Для выполнения расчетов пропускной способности цифровых трактов и оптических каналов, и производительности коммутаторов пакетов предполагается:
- поток заявок, поступающих по k-той услуге для доступа к коммутатору, является пуассоновским с функцией распределения вероятностей промежутка времени между поступлениями:
A^((k) ) (t)=1-exp?[??^((k) )?_термин•t], (2.2)
- скорости передачи терминалов k-ой услуги с переменной скоростью случайные дискретные величины, принимающие значения В(k)макс с вероятностью:
p^((k))=1/(K_пач^((k) ) ), (2.3)
или нулевое значение скорости с вероятностью
q^((k))=1-p^((k)), (2.4)
При этом достигается максимум дисперсии D(k)макс значения скорости передачи.
Среднее значение битовой скорости k-ой услуги при образовании N(k)вк числа виртуальных каналов определяется:
B_ср^((k))=N_вх^((k))•p^((k) )•B_макс^((k) ), (2.5)
Значение дисперсии битовой скорости k-ой услуги при образовании N_вк^((k) ) числа виртуальных каналов определяется:
D_ср^((k))=N_вк^((k))•p^((k) )•(B_макс^((k) ) )^2, (2.6)
Среднее значение и дисперсия случайной величины битовой скорости передачи в цифровом тракте или оптическом канале, которая требуется для удовлетворения потребностей пользователей, определяется по теореме сложения математических ожиданий и дисперсии:
B_ср=?_(k=1)^k-?B_ср^((k)), (2.7)?
D=?_(k=1)^k-D^((k)) (2.8)
Среднее значение и дисперсия пакетов, которые необходимы в единицу времени абоненту k-ой услуги для транспортировки трафика (производительность коммутатора):
R_пак^((k))=(B_макс^((k)))/L_инф (2.9)
где Lинф ёмкость пакета в битах.
D_пак^((k))=p^((k)) q^((k)) ((B_макс^((k)))/L_инф )^2 (2.10)
для ИСП и ПСП.
Учитывая, что число абонентов Ethernet достаточно велико, можно считать закон распределения суммарной пропускной способности узла коммутации и цифровых трактов нормальным. В этом случае вероятность события, состоящего в том, что требуемая различными службами скорость передачи информации превышает битовую скорость тракта, что может повлечь потерю пакетов:
p(B>B_(макс тр) )=1-Ф(U), (2.11)
где Ф(U) – интегральная функция нормального закона распределения,
U=(B_(макс тр)-B_ср)/vD, (2.12)
Тогда задаваясь значением p(B>B_(макс тр) ) по таблице 2.1 можно найти значение U и вычислить B_(макс тр):
B_(макс тр)=B_ср+U•vD , (2.13)
Таблица 2.1 - Вероятность потери пакета в тракте передачи
p(B>B_(макс тр) ) 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10
U 3,09 3,719 4,265 4,753 5,199 5,612 5,998 6,631
Скорость передачи данных IPTV зависит от типа используемого кодека. Для передачи могут использоваться кодеки MPEG2 или MPEG4.
Определим требуемую скорость передачи данных и производительность узлов коммутации участка сети Ethernet с виртуальными каналами услуг используемых на сети, приведенными в таблице 2.3.
Таблица 2.2 - Параметры трафика МСС
Услуга Класс пользователей Bмакс
Мбит/с Пачечность
Kпач Длительность пика или сеанса связи Входящая нагрузка в ЧНН, Эрл Число вызовов в ЧНН
Тпик,с Тсеан,с
Передача
файлов (ШПД) КС 2000 1 1 1 0,2 10,8
УАТС 2000 1 1 1 2,7 10,8
Поиск видео
IPTV
VoD
КС 10000 54 10 540 0,03 0,2
ДС 10000 18 10 180 0,1 2,0
Центр служб 10000 48 1 480 2.33 46,2
Видео HDTV КС 25000 54 10 540 0,03 0,2
Телефония (включая IP телефонию) КС
ДС
УАТС 64
64
64 1
1
1 100
100
100 100
100
100 0,1
0,4
4,5 3,6
14,4
162,0
В таблице обозначено: КС – квартирный сектор (включая частный сектор); ДС- деловой сектор; УАТС – учрежденческая АТС; ЧНН – час наибольшей нагрузки; Тсеан – средняя длительность сеанса связи; Тпик – средняя длительность пика сеанса связи; k – номер услуги.
Таблица 2.3 - Основные услуги на сети
Услуга Количество пользователей
Передача файлов, интернет (ШПД) 250
Поиск видео, VoD, IPTV (mpeg-4) 184
Видео HDTV 180
Телефония (включая IP-телефонию) 111
Расчет средней битовой скорость передачи данных и дисперсии с учетом пачечности произведем по формулам 2.5-2.8, исходные данные для расчета приведем в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Расчет средней битовой скорость передачи данных и дисперсии
Услуга N_вк^((k)) K_пач^((k)) p^((k) )=1/K_пач^((k)) B_макс^((k) ), Кбит/с
Передача файлов, интернет (ШПД) 250 1 1,00 2000
Поиск видео, IPTV, VoD (mpeg-4) 184 18 0,055 10000
Видео HDTV 180 54 0,018 25000
Телефония (включая IP-телефонию) 111 1 1,00 64
B_(ср )^((ПД))=250•1•2000=500000*103 =500*?10?^6 бит/с,
D_(ср )^((ПД))=250•1•(2000)^2=1000000000*106? =1000*?10?^12 (бит/с?^ )2,
B_(ср )^((IPTV))=184•0.055•10000=101200*103 =101.2*?10?^6 бит/с,
D_(ср )^((IPTV))=184•0.055•(10000)^2=1012000000*106 =1012*?10?^12 (бит/с)2,
B_(ср )^((HDTV))=180•0.018•25000=81000*103 =81*?10?^6 бит/с,
D_(ср )^((HDTV))=180•0.018•(25000)^2=2025000000*106 =202*?10?^12 (бит/с)2,
B_(ср )^((ТЛФ))=111•1•64=7104*103 =7,1*?10?^6 бит/с,
D_(ср )^((ТЛФ))=111•1•(64)^2=454656*106? =0,454*?10?^12 (бит/с?^ )2,
B_ср=?_(k=1)^k-?B_ср^((k))=500+101,2+81+7,1= 689,3*?10?^6 бит/с ?
D=?_(k=1)^k-D^((k)) = 1000 + 1012 + 202 + 0,454 = 2214,454 *?10?^12 (бит/с)2,
Максимальная допустимая скорость передачи в тракте при вероятности потери пакета 10-6 U=4,753:
B_(макс тр)=B_ср+UvD=689,3*?10?^6 +4,753•v(2214,454*?10?^12 )=
= 912*?10?^6 бит/с = 912 Мбит/с
Производительность узлов коммутации для пакетов Ethernet IEEE 802.1q длина пакета Lинф=1522 байт=12176 бит:
R_пак^((k))=(B_макс^((k)))/L_инф =(912*?10?^6)/12176=74901 пакетов в секунду
Вывод: для предоставления услуг широкополосного доступа, абонентам сети понадобится канал со скоростью передачи 912 Мбит/с и производительность Ethernet-коммутатора узла агрегации должна быть не ниже 74901 пакетов в секунду. Для реализации транспортной сети между коммутаторами агрегации подойдет технология 10 Gigabit Ethernet.
2.2 Выбор производителя оборудования
Поскольку число производителей и номенклатура их продуктов, служащих для организации доступа агрегации трафика, весьма значительны, мы ограничимся рассмотрением предложений лишь ключевых игроков рынка: D-Link, Huawei Technologies и Элтекс.
Для сравнения выбраны: коммутатор DSG-3620-28SC производства D-Link, коммутатор S5700 производства Huawei Technologies и коммутатор MES312F производства ООО «Предприятие «Элтекс»
Таблица 2.1 – Сравнение коммутаторов агрегации
Характеристики DSG-3620-28SC S5700 MES3324F
Интерфейс 20 SFP-портов;
4 комбо-портов 10/100/1000 Base-T/SFP;
4 SFP+;
Консольный порт: RJ-45 20 порта 100/1000 Base-X;
4 Combo GE(10/100/1000 Base-T);
1 консольный порт (RJ-45) 20 портов 100/1000 Base-X (SFP);
4 комбо-порта 10/100/1000 Base-T/1000 Base-X (SFP) 100 Base-FX; 4 порта 10G Base-R (SFP+)/1000Base-X(SFP); Консольный порт RS-232/RJ-45
Таблица MAC-адресов 32К записей 32К записей 16К записей
Количество IP-адресов 256 512 512
Макс. Потребляемая мощность, Вт 60,2 63 50
Размеры 441х310х44 442х420х43,6 420х44х265
Стоимость без НДС, тыс. руб. 153,6 163,1 134,9
Оборудование фирмы Huawei является очень привлекательным с точки зрения технических характеристик, и до появления конкурентоспособного отечественного оборудования считалось одним из лучших для построения сети FTTx.
Развитие Новосибирской фирмой ООО «Предприятие «Элтекс» линейки оборудования Ethernet, позволяет строить сети на оборудовании российского производства.
Несмотря на то, что предприятие имеет меньший опыт в производстве оборудования для пассивных оптических сетей, чем компания Huawei или другие зарубежные компании, близкая расположенность предприятия, заинтересованность его в повышении качества производимой продукции и возможность оперативного решения вопросов эксплуатационного и экономического характера, повышает её привлекательность, среди других производителей.
Важнейшим фактом выбора является и то, что в Новосибирском филиале ОАО «Ростелеком» установлено тесное сотрудничество с ООО «Предприятие «Элтекс». Накоплен большой опыт эксплуатации разного типа оборудования данного производителя. На основании приведенных аргументов, а также соотношения «цена-качество», сделан выбор в пользу оборудования производителя ООО «Предприятие «Элтекс».
