Разработка фрагмента мультисервисной сети ЭР-Телеком

Реферат В дипломном проекте рассматривается тема «Разработка фрагмента мультисервисной сети ЭР-Телеком» .

Дипломный проект содержит 113 страниц, 7 рисунков, 21 таблицу, 26 использованных источников.

Ключевые слова: МУЛЬТИСЕРВИСНАЯ СЕТЬ, FTTB, GePON, ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТЕЙ, QoS, GIGABIT ETHERNET, ЭР-ТЕЛЕКОМ, СКС, PACKET TRACER, ШПД.

Цель дипломного проекта — разработать мультисервисную сеть для микрорайона № 2 Невского района г. Санкт-Петербург.

В результате дипломного проектирования была разработана районная сеть широкополосного доступа в интернет по технологии FTTB, в горизонтальной подсистеме была применена технология GePON, средой передачи данных СКС был выбран оптоволоконный кабель.

Разработанная сеть, представляет собой современную сеть с использованием технологии triple play. Услуги, предоставляемые посредством построенной сети, удовлетворяют запросам современного уровня развития науки и техники.

Abstract

At the graduation project is considered the theme «Development fragment multiservice network ER-Telecom» .

Thesis project consists of 113 pages, 7 drawings, 21 tables, 26 sources used.

Keywords: MULTI-SERVICE NETWORK, FTTB, GePON, DESIGNING NRTWORKS, QoS, GIGABIT ETHERNET, ER-TELECOM, SCS, PACKET TRACER, BROADBAND.

The purpose of the degree project — to develop a multi-service network for district number 2 Nevsky district of St. Petersburg.

As a result, graduate design was developed regional network of broadband Internet technology FTTB, the horizontal subsystem technology was used GePON, transmission media SCS was chosen fiber.

Designed network, is a modern network technology with triple play. Services provided by the constructed network, meet the demands of modern level of development of science and technology.

Обозначения и сокращения

ATM — (Asynchronous Transfer Mode) — асинхронный способ передачи данных.

BPON — (Broadband PON) — широкополосная пассивная оптическая сеть.

DHCP — (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол динамической конфигурации узла.

DNS — (Domain Name System) система доменных имен.

FTP — (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов.

FTTB — (Fiber to the Building) — волокно до здания.

FTTC — (Fiber to the Curb) — волокно до микрорайона, квартала или группы домов.

FTTH — (Fiber to the Home) — волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

FTTN — (Fiber to the Node) — волокно до сетевого узла.

FTTO — (Fiber to The Office) — волокно до офиса.

FTTx — (Fiber to the x) — оптическое волокно до точки Х.

GePON — (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) — Gigabit Ethernet пассивная оптическая сеть.

HD — (High Definition) — высокая четкость.

IEEE — (Institute of Electrical and Electronics Engineers) — институт инженеров по электротехнике и электронике.

IGMP — (Internet Group Management Protocol) — протокол управления группами Интернета.

IP — (Internet Protocol) — межсетевой протокол.

IPTV — (Internet Protocol Television) — IP-телевидение.

LAN — (Local Area Network) — локальная вычислительная сеть.

MAC — (Media Access Control) — управление доступом к среде.

MVR — (Multicast VLAN Registration) — регистрация мультиастовых VLAN.

NAT — (Network address translation) — преобразование сетевых адресов.

ONT — (Optical Network Terminal) — оптический сетевой терминал.

ONU — (Optical Network Unit) — оптическая сетевая единица.

P2P — (Point-to-point) — протокол соединения точка-точка.

PON — (Passive optical network) — пассивная оптическая сеть.

POTS — (Plain old telephone service) — обычные телефонные службы.

QoS — (Quality of Service) — качество обслуживания.

RSTP — (Rapid spanning tree protocol) — быстрый протокол покрывающего дерева.

SDH — (Synchronous Digital Hierarch) — синхронная цифровая иерархия.

SFP-(Small Form-factor Pluggable) — модульный компактный приемопередатчик.

SIP — (Session Initiation Protocol) — протокол установления сеанса.

SLA — соглашение об уровне обслуживания.

STB — (SetTopBox) — IPTV приставка.

STP — (Spanning Tree Protocol) — Протокол покрывающего дерева.

TDM — (Time Division Multiplexing) — временное мультиплексирование.

TFTP — (Trivial File Transfer Protocol) — простой протокол передачи файлов.

VLAN — (Virtual Local Area Network) — виртуальная локальная компьютерная сеть.

VoIP — (Voice over IP) — IP-телефония.

VPN-(Virtual Private Network) — виртуальная частная сеть.

VTP — (VLAN Trunking Protocol) — протокол магистральных связей виртуальных локальных сетей.

WDM — (Wavelength Division Multiplexin) — спектральное уплотнение каналов.

xDSL-(Digital subscriber line) — цифровая абонентская линия.

АТС — автоматическая телефонная станция.

ЗАО — Закрытое Акционерное общество.

СКС — структурированная кабельная система.

ТВ — телевидение.

ОАО — Открытое акционерное общество.

ООО — общество с ограниченной ответственностью.

ШОУ — шкаф оптический узловой.

ШПД — широкополосный Интернет.

ШЭР — шкаф этажный распределительный.

Содержание Введение

1. Аналитическая часть

1.1 Анализ предметной области

1.1.1 Описание объекта, для которого проектируется сеть

1.1.2 Описание существующей сети

1.2 Предмет исследования

1.2.1 Мультисервисные сети

1.2.2 Этапы проектирования

1.2.3 Требования к проектируемой сети

1.3 Цели и задачи проектирования

1.4 Анализ технологий и технических решений, используемых при проектировании мультисервисных сетей

1.4.1 Структурированные кабельные системы (СКС)

1.4.2 Технологии мультисервисных сетей

1.5 Выводы

2. Проектирование мультисервисной сети

2.1 Выбор концепции построения сети

2.1.1 Топологии сети

2.1.2 Описание типовых архитектурных решений выбранных технологий

2.1.3 Синтез структурной схемы сети

2.1.4 Описание работы функциональной схемы

2.2 Выбор сетевого оборудования

2.2.1 Активное оборудование ТВ

2.2.2 Оборудование СПД

2.3 Структурированная кабельная система

2.3.1 Разработка СКС для одного узла сети

2.3.2 Кабельная подсистема района

2.3.3 Горизонтальная кабельная подсистема

2.3.4 Выбор кабелей горизонтальной подсистемы

2.4 Проектирование на сетевом уровне

2.4.1 Распределение адресного пространства

2.4.2 Конфигурация оборудования

2.4.3 Конфигурация доступа в Интернет

2.4.4 Конфигурация списков доступа

2.4.5 Организация доступа к услугам в проектируемой сети

2.4.5.1 Описание доступа к сети Интернет

2.4.5.2 Организация телефонии

2.4.5.3 Организация VPN

2.4.5.4 Организация услуги IPTV

2.5 Расчет оптического бюджета сети

2.6 Выводы

3. Технико-экономические расчёты

3.1 Определение затрат на разработку объекта проектирования

3.2.Расчёт затрат на внедрение объекта проекта

3.3. Годовые эксплуатационные расходы

3.4.Оценка эффективности разработки фрагмента мультсервисной сети

3.5.Выводы

4. Безопасность при пуско-наладочных работах и эксплуатации сети

4.1 Характеристика возможных опасных и вредных производственных факторов

4.2 Организационно-технические мероприятия по технике безопасности

4.3 Технические средства защиты, обеспечивающие безопасность работ; оценка их эффективности Заключение Список использованных источников Приложение

Введение

С бурным развитием телекоммуникаций в современном мире общество неуклонно идет к усложнению взаимосвязи между различными звеньями производства, увеличение информационных потоков в технической, научной, политической, культурной, бытовой и других сферах общественной деятельности. Сегодня, очевидно, что ни один процесс в жизни современного общества не может происходить без обмена информацией, для своевременной передачи которой используются различные средства и системы связи.

В настоящее время развитие телекоммуникационных сетей происходит в направлении роста рынка мультисервисных услуг, внедрение новых телекоммуникационных и информационных технологий, их конвергенции.

Широкополосное подключение к Интернету стало одним из самых успешных телекоммуникационных услуг не так давно, но всего за несколько лет число пользователей выросло до 200 млн., большинство из них пока ограничиваются доступом в Интернет с компьютера или ноутбука.

Широкополосный Интернет появился в Европе менее 10 лет назад. Тогда считалось большой скоростью 256 кбит/с. Сегодня же 2 Мбит/с — скорость, ставшая стандартом де-факто для ШПД (широкополосный доступ).

С другой стороны, в большей пропускной способности на заре зарождения Интернета острой необходимости не было: существующие приложения не требовали слишком большой полосы. В развитии технологий ШПД основную роль играет именно потребность рынка в экономически эффективном предоставлении абоненту большей емкости, пропускной способности и более короткому времени отклика. Сейчас, когда средняя нагрузка на абонента, по разным оценкам, уже составляет от 2 до 7 Гбайт в месяц — и при этом продолжает расти количество пользователей файлообменных приложений, многопользовательских игр и онлайн-видео, — такая потребность актуальна как никогда.

Главная причина для дальнейшей модернизации широкополосных сетей — это услуги IPTV. Передача HD потоков потребуют значительного увеличения пропускной способности.

В последнее время все большее распространение получают оптоволоконные технологии, например GеPON и WDM-PON. Большинство подобных проектов реализуется сейчас в Северной Америке, Западной Европе и Юго-Восточной Азии. Для большинства этих рынков оптические каналы доступа в Интернет станут нормой в ближайшие 2−3 года. Таким образом, актуальность выпускной квалификационной работы не вызывает сомнений.

Целью дипломного проекта является разработка мультисервисной сети передачи данных для Невского района г. Санкт-Петербурга, чтобы на практике достичь максимально надёжной, долговечной, удобной в эксплуатации и экономически выгодной сети. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Проведение предпроектного исследования микрорайона, подключаемого к информационной сети Интернет, для выявления основных функций проектируемой сети и обзор основных сетевых технологий и архитектур.

2. Выбор оптимальных решений для проектирования и разработки локальной вычислительной сети.

3. Выбор концепции построения сети.

4. Аппаратный синтез сети.

5. Разработка структурированной кабельной системы.

6. IP-проектирование.

7. Расчет оптического бюджета сети.

8. Экономическое обоснование предлагаемого проекта сети.

9. Исследование соблюдения техники безопасности при пуско-наладочных работах и эксплуатации сети.

Для описания решения поставленных задач дипломная работа была разбита на 4 главы. Первая глава содержит анализ существующих сетей связи микрорайона, описание требований к проектируемой сети и обоснование технологии проектирования. Во второй главе рассматривается выбор оптимальных решений: по топологии сети, выбору оборудования и формированию структурированной кабельной системы. Для проектируемой сети приводятся расчеты по обеспечению надежной передачи данных. В третьей главе приведены экономические расчеты, которые определяют затраты на проектирование локальной вычислительной сети и срок ее окупаемости. Четвертая глава содержит описание техники безопасности, которую следует соблюдать при пуско-наладочных работах.

1. Аналитическая часть

1.1 Анализ предметной области

1.1.1 Описание объекта, для которого проектируется сеть В данном дипломном проекте описывается разработка мультисервисной сети для микрорайона № 2 Невского района г. Санкт-Петербурга.

Микрорайон № 2 представляет собой участок из 5 домов расположенных по адресам Октябрьская наб. 62 к.1, Новоселов 1, Новоселов 5, Новоселов 7, Новоселов 9.

Дома Новоселов 1, Новоселов 5, Новоселов 7 и Новоселов 9 представляют собой типичные 5-этажные «брежневки». В каждом таком доме по 4 парадных. Общее количество абонентов в доме — 60 (по 15 абонентов на парадную). Тип крыши в домах — плоская. В зданиях присутствуют чердаки и лифты.

Дом по адресу Октябрьская наб. 62 к.1 — это 5-этажная «сталинка». Количество парадных — 4. Общее количество абонентов в доме — 40(по 10 на парадную). Тип крыши в доме — скатная. В здание присутствует чердак и лифт. В районе отсутствуют подземные коммуникации с возможностью прокладки кабеля по ним, потому прокладка кабеля будет осуществлять по воздуху. Карта микрорайона изображена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 — Карта микрорайона

1.1.2 Описание существующей сети В данном районе существует несколько операторов связи, такие как: ООО «InterZet», ОАО «СкайНет», городская АТС и мобильные операторы. Следует отметить, что доходность у операторов от традиционных услуг связи ощутимо снижается. Причина возникновения снижения доходности традиционного операторского бизнеса связана с тем, что привычная всем услуга голосовой связи с дефицитной, нужной абсолютно всем в «чистом виде», становится востребованной в сегменте низкодоходных и нетребовательных пользователей. А наиболее платежеспособным клиентам нужно уже не просто позвонить, но и получить через сеть связи доступ к многочисленным возможностям и сервисам.

Со стороны предоставления услуг доступа к сети Интернет, операторы мобильной связи уже не могут предоставлять ту скорость, которая сейчас нужна абонентам. Ведь максимальная скорость для большинства абонентов, которую могут предоставлять наземные операторы связи являются 24 Мбит/с, а мобильные операторы — 2 Мбит/с.

В то же время жителям Невского района может быть предоставлен доступ к сети Internet со скоростью до 100 Мбит/с (домашние сети) некоторыми компаниями, однако они не оказывают услуг телефонии, и других сервисов, востребованных жителями микрорайона. А, следовательно, обслуживание всех услуг принесет потребителям дополнительные неудобства. Мультисервисная сеть одного провайдера, предоставляющая весь комплекс сервисов, наиболее предпочтительна для жителей микрорайона, поэтому продвижение услуг мультисервисных сетей является одним из наиболее перспективных направлений развития телекоммуникационных сетей в Невском районе. Основная задача мультисервисных сетей заключается в обеспечении сосуществования и взаимодействия разнородных коммуникационных подсистем в единой транспортной среде, когда для передачи обычного трафика (данных) и трафика реального времени (голоса и видео) используется единая инфраструктура.

Среди мультисервисных провайдеров, предоставляющих услуги цифрового кабельного телевидения, широкополосного доступа в Интернет и передачи данных внутри крупнейшей сети в г. Санкт-Петербург, можно выделить ОАО «Ростелеком», ЗАО «ЭР-Телеком», ОАО «ТКТ» и др. Из них можно выделить «ЭР-Телеком». Основные направления деятельности компании реализуются на базе собственных Городских Универсальных Телекоммуникационных Сетей, построенных с нуля и по единым стандартам в каждом городе присутствия по технологии FTTB (Fiber To The Building) — оптика до здания.

География деятельности «ЭР-Телеком» — 42 города, общее количество Абонентов — более 4,7 млн человек.

" ЭР-Телеком" входит в ТОП-4 крупнейших интернет-провайдеров России, в ТОП-4 крупнейших операторов платного ТВ. На долю компании приходится 10% российского рынка широкополосного доступа в интернет, 10% — рынка кабельного телевидения. «ЭР-Телеком» играет роль стимулятора конкуренции в регионах и занимает лидирующие позиции в России по темпам подключения Абонентов.

На данный момент наиболее популярным среди услуг связи является Интернет. Но разные люди используют ресурсы интернета по-разному. Одни ограничиваются просмотром новостей и не долгим пребыванием в социальных сетях; другие активно используют мультимедийные ресурсы интернета; третьи используют интернет для заработка: начиная с игры на бирже и заканчивая управлением серверов, через удаленный доступ; кому-то хватает скорости в 1 Мбит/с, а кому-то 10 мбит/с недостаточно. Чем больше скорость Интернета, тем больше и абонентская плата.

По статистическим данным крупных компаний, занимающихся предоставлением услуг сети передачи данных, кабельное телевидение (ктв) не во многом уступает в популярности, чем Интернет. Протягивать отдельно кабель для интернета и ктв экономически не выгодно. Поэтому проектируемая сеть будет будет предоставлять услуги Triple play, в которой через одну жилу будет проходить не только высокоскоростной интернет, но и КТв, и VoIP.

1.2 Предмет исследования

1.2.1 Мультисервисные сети Весь набор телематических услуг предоставляется в виде мультисервисной сети, абонентами которой являются собственники квартир обслуживаемого района, она представляет собой универсальную многоцелевую среду, предназначенную для передачи речи, изображения и данных с использованием технологии коммутации пакетов (IP). Мультисервисная сеть отличается высокой степенью надежности, характерной для телефонных сетей (в противоположность негарантированному качеству связи через Интернет) и обеспечивает низкую стоимость передачи в расчете на единицу объема информации (приближенную к стоимости передачи данных по Интернету).

Надо отметить, что мультисервисные сети — это не совсем технология или техническая концепция, это скорее технологическая доктрина или новый подход к пониманию сегодняшней роли телекоммуникаций, основанный на знании того, что компьютер и данные сегодня выходят на первое место по сравнению с речевой связью.

Базовыми понятиями мультисервисных сетей являются QoS (Quality Of Service) и SLA (Service Level Agreement), то есть качество обслуживания и соглашение об уровне (качестве) предоставления услуг сети. Переход к новым мультисервисным технологиям изменяет саму концепцию предоставления услуг, когда качество гарантируется не только на уровне договорных соглашений с поставщиком услуг и требований соблюдения стандартов, но и на уровне технологий и операторских сетей.

Архитектурно структуру мультисервисной сети можно представить в виде нескольких основных уровней: ядро (магистральный уровень), уровень распределения и агрегирования и уровень доступа. Общая структура мультисервисных сетей, изображена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Структура мультисервисных сетей.

На уровне ядра находятся высокопроизводительные платформы для быстрой коммутации трафика с поддержкой протоколов динамической маршрутизации, здесь же обеспечивается подключение к провайдеру и располагаются сервисные центры. Магистральный уровень является универсальной высокоскоростной и, по возможности, однородной платформой передачи информации, реализованной на базе цифровых телекоммуникационных каналов.

Уровень распределения включает узловое оборудование сети оператора, а уровень агрегирования выполняет задачи агрегации трафика с уровня доступа и подключения к магистральной (транспортной) сети.

На уровне доступа реализовано управление пользователями и рабочими группами при обращении к ресурсам объединенной сети. Уровень доступа включает корпоративные или внутридомовые сети, а также каналы связи, обеспечивающие их подключение к узлу (узлам) распределения сети.

В сравнении с существующей сетью связи района (сеть городской АТС и спутникового телевидения), мультисервисная сеть предоставляет наиболее лучшие и качественные услуги связи, такие как IP-телефония и кабельное телевидение.

Отличие обычной от IP-телефонии заключается в том, что в обычном телефонном звонке подключение между обоими собеседниками устанавливается через телефонную станцию исключительно с целью разговора. Голосовые сигналы передаются по определенным телефонным линиям, через выделенное подключение. При запросе же по Интернет, сжатые пакеты данных поступают в Интернет с адресом назначения. Каждый пакет данных проходит собственный путь до адресата, по различным маршрутам. Для адресата пакеты данных перегруппировываются и декодируются в голосовые сигналы оригинала.

IP-телефония не только во многом превосходит обычную телефонию, но VoIP еще и дешевле. Потому что, обычные телефонные звонки требуют разветвленной сети связи телефонных станций, связанных закрепленными телефонными линиями, подвода волоконно-оптических кабелей и спутников связи. Высокие затраты телефонных компаний приводят к дорогим междугородным разговорам. Выделенное подключение телефонной станции также имеет много избыточной производительности или времени простоя в течение речевого сеанса. IP-Телефония частично основывается на существующей сети закрепленных телефонных линий. Но главное, она использует технологию сжатия голосовых сигналов и полностью использует емкость телефонных линий. Поэтому пакеты данных от разных запросов, и даже различные их типы, могут перемещаться по одной и той же линии в одно и тоже время.

В отличие от спутникового телевидения, кабельное ТВ обладает рядом преимуществ: постоянный, четкий, не зависящий от окружающей среды прием цифрового сигнала; дешевле в установки и эксплуатации.

1.2.2 Этапы проектирования Взаимопроникновение различных по своей природе коммуникационных технологий породило целый ряд проблем, связанных как с предоставлением различного типа услуг при наличии фиксированной канальной и сервисной инфраструктуры, так и со строительством новых телекоммуникационных сетей, призванных обеспечить существование разнообразных сервисных приложений, а также обладающих способностью расширения и структурного изменения при необходимости в предоставлении новых (вполне возможно, еще неизвестных) типов услуг.

При проектировании сетей можно выделить следующие основные этапы:

Первый этап — определение типа сети передачи данных. На этом этапе устанавливаются требования по пропускной способности сети, ее надежности, управляемости, ценовым характеристикам.

Второй этап — проектирование сети на физическом уровне. На втором этапе предлагается определить физические носители сети (оптические или медные кабели, радиоволны различных диапазонов).

Третий этап — планирование технологий, протоколов передачи данных и политики маршрутизации основной сети. В начальной фазе данный этап предполагает выбор технологии передачи данных. На основе этого происходит утверждение магистрального направления развития основной сети, ее долговременные параметры. В дальнейшем происходит выбор протоколов передачи данных и политики маршрутизации, подходящих к условиям первых двух этапов.

Четвертый этап — проектирование системы управления основной сетью. Выбор правильной системы управления сетью во многом определяет успешное функционирование телекоммуникационной структуры, поэтому характеристики системы управления имеют большие весовые коэффициенты при оптимальном проектировании телекоммуникационной сети.

Пятый этап — определение интерфейсов основной сети с другими. Пятый этап также чрезвычайно важен, так как построение замкнутой телекоммуникационной инфраструктуры в подавляющем большинстве случаев не актуально.

Шестой этап — планирование технологий, протоколов передачи данных и политик маршрутизации наложенных сетей различных уровней.

Следует отметить, что приведенные выше этапы проектирования тесно связаны между собой и, в большинстве случаев, предполагают итеративный процесс со значительным количеством прямых и косвенных связей между этапами.

1.2.3 Требования к проектируемой сети Главным требованием, предъявляемым к сетям, является обеспечение потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть.

Проектируемая мультисервисная сеть должна предоставлять следующие услуги связи:

— Широкополосный доступ к сети Интернет, обеспечивает возможность доступа к информационным ресурсам сети Интернет, использование удаленных файловых ресурсов сети Интернет, обмен большими объемами информации, электронной почте, программам обмена сообщениями (ICQ, Skype), а также другими сервисами, доступ и управление которым возможно через Интернет.

— IP телефония — способ предоставления услуг телефонии с использованием для передачи голоса среди сетей с коммутацией пакетов, в том числе IP сети передачи данных и / или Интернет.

— IPTV — это цифровое интерактивное телевидение нового поколения. С помощью IPTV плеера, без использования дополнительного оборудования, можно просматривать более 100 телевизионных каналов.

Технические требования, предъявляемые к характеристикам магистральных соединений сети:

— Скорость информационного обмена — 10 Гбит/с.

— автоматическая диагностика возникающих неисправностей.

— Поддержка QoS;

— Низкая вероятность потери данных.

Технические требования к СКТ:

— СКТ должна состоять из волоконно-оптической сети до каждого телефицируемого здания и коаксиальной домовой распределительной сети внутри каждого телефицируемого здания.

— Частотный диапазон прямого канала 47−862 МГц.

— Уровень сигнала на отводах абонентских ТВ ответвителей должен быть не менее 68 дБмкВ для аналогового сигнала и не менее 59 дБмкВ для цифрового QAM-модулированного сигнала.

— Максимальный разброс уровней сигналов на отводе абонентского ТВ ответвителя во всем частотном диапазоне (47- 862 МГц) не должен превышать 12 дБ.

— Для защиты ТВ-сигнала, транслируемого по радиочастотным кабелям, от высокого уровня электромагнитных помех коэффициент экранирования применяемых кабелей должен составлять не менее 80 дБ в диапазоне 30−1000МГц.

Технические требования к СПД:

— Сеть передачи данных должна быть спроектирована на основе технологии Ethernet и протокола IP.

— Скорость канала для подключения здания к сети ПД должна быть не менее 100 Мбит/с.

— Пропускная способность магистральной сети ПД должна быть не менее 1000Мбит/с.

— Интерфейс подключения абонента по UTP — Ethernet 10/100BaseT.

1.3 Цели и задачи проекта Целью дипломного проекта является разработка мультисервисной сети микрорайона, которая должна обеспечить сосуществование и взаимодействие разнородных коммуникационных подсистем в единой транспортной среде, используя единую инфраструктуру для передачи как обычных данных (обычный трафик), так и для голосовых и видео-сообщений (трафик реального времени).

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

— Выбор технологии и технические решения, используемые при проектировании мультисервисных сетей.

— Выбор топологии магистрального и горизонтального уровней сети.

— Разработка функциональной схемы сети.

— Выбор и распределение сетевого оборудования.

— Разработка структурированной кабельной системы.

— Распределить адресное пространство сети.

— Провести расчёт энергетического бюджета мультисервисной сети.

— Оценить экономическую эффективность проекта.

1.4 Анализ технологий и технических решений, используемых при проектировании мультисервисных сетей

1.4.1 Структурированные кабельные системы (СКС) Современные компьютерные сети реализуются с использованием структурированной кабельной системы (СКС).

Структурированной кабельной системой (СКС) называется кабельная система:

— имеющая стандартизованную структуру и топологию;

— использующая стандартизованные элементы (кабели, разъемы, коммутационные устройства и т. п.);

— обеспечивающая стандартизованные параметры (скорость передачи данных, затухание и проч.);

— управляемая (администрируемая) стандартизованным образом.

Отметим, что термин «стандартизованный» не означает здесь одинаковый, а определяет лишь, что все различные СКС строятся по одинаковым принципам и правилам и в соответствии с национальными и международными стандартами в области информационных технологий.

Основными средами передачи данных СКС являются витая пара и волоконно-оптический кабель.

Витая пара (twisted pair) — это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11 801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передаче сигнала.

Волоконно-оптический кабель — кабель, содержащий одно или несколько оптических волокон для передачи данных в виде света. В зависимости от конструктивного исполнения волоконно-оптические кабели делятся на кабели внутренней и внешней прокладки, а также кабели для шнуров.

Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. В волоконно-оптических системах передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, магнитных или радиочастотных помех. Таким образом, оптические кабели полностью невосприимчивы к помехам, вызываемым молниями или источниками высокого напряжения.

Цифровые вычислительные системы, телефония и видеовещательные системы требуют новых направлений для улучшения передающих характеристик. Большая ширина спектра оптического кабеля означает повышение емкости канала. Кроме того, более длинные отрезки кабеля требуют меньшего количества репитеров, так как волоконно-оптические кабели обладают чрезвычайно низкими уровнями затухания. Это свойство идеально подходит для широковещательных и телекоммуникационных систем.

Размер волокна в общем случае определяется по внешним диаметрам его ядра, демпфера и оболочки. Например, 50/125/250 — характеристика волокна с диаметром ядра 50 мкм, диаметром демпфера 125 мкм и диаметром оболочки 250 мкм. Оболочка всегда удаляется при соединении или терминировании волокон.

Тип волокна идентифицируется по типу путей, или так называемых «мод», проходимых светом в ядре волокна.

Существует два основных типа волокна — многомодовое и одномодовое. В таблице 1.1 приведено сравнение этих кабелей.

Таблица 1.1 — Сравнение одномодовых и многомодовых технологий

Из данных приведённых в таблице 3 видно, что при небольших расстояниях выгоднее использовать многомодовый тип кабеля, так как в таких условиях общая стоимость проекта будет значительно ниже за счёт более низкой стоимости оборудования по сравнению с оборудованием для одномодового типа кабеля.

Типовые характеристики современных оптоволоконных кабелей для внешней прокладки:

— Внешний диаметр — 10−20 мм;

— температурный диапазон монтажа — от -10°С до +50°С;

— температурный диапазон эксплуатации — от -40°С до +60°С;

— минимальный радиус изгиба при прокладке — 15 внешних диаметров;

— минимальный радиус изгиба при эксплуатации — 20 внешних диаметров;

— максимально допустимое усилие на растяжение — 2500−10 000 Н;

— максимально допустимое усилие на сдавливание — 2000;4000 Н;

Таким образом для проектирования мультисервисной сети в микрорайоне будет использоваться оптоволоконный кабель, так как пропускная способность оптоволокна намного больше, чем у витой пары.

1.4.2 Технологии мультисервисных сетей При проектировании сети нужно выбрать технологию проектирования. Рассмотрим самые современные технологии: FTTH, xDSL, xPON и Ethernet.

Технология Fiber To The X (Оптическое волокно до…) — понятие, описывающее общий подход к организации кабельной инфраструктуры сети доступа, в которой от узла связи до определённого места (точка «х») доходит оптоволокно, а далее, до абонента, — медный кабель (возможен и вариант, при котором оптика прокладывается непосредственно до абонентского устройства).

Таким образом, FTTx — это только физический уровень. Однако фактически данное понятие охватывает и большое число технологий канального и сетевого уровня. С широкой полосой систем FTTx неразрывно связана возможность предоставления большого числа новых услуг.

В семейство FTTx входят различные виды архитектур:

FTTN (Fiber to the Node) — волокно до сетевого узла;

FTTC (Fiber to the Curb) — волокно до микрорайона, квартала или группы домов;

FTTB (Fiber to the Building) — волокно до здания;

FTTH (Fiber to the Home) — волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

Однозначно в пользу решений FTTH выступают эксперты, они сравнивают продолжительность жизненного цикла инвестиций в любую технологию доступа и коррелированный рост требований к пропускной способности каналов доступа. Проведенный анализ показывает, что если технические решения, которые закладываются в основу сегмента доступа сети сегодня, окажутся неспособными обеспечить скорость 100 Мбит/с в 2013—2015 годах, то моральное устаревание оборудования произойдет до окончания инвестиционного цикла.

— из всех вариантов FTTx она обеспечивает наибольшую полосу пропускания;

— это полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант;

— решения FTTH обеспечивают массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи;

— они позволяют существенно сократить эксплуатационные расходы за счет уменьшения площади технических помещений (необходимых для размещения оборудования), снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку.

Существует два часто применяемых типа организации FTTH сетей: на базе технологии Ethernet и на базе технологии PON.

PON — технология пассивных оптических сетей. Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT — прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Cуществует три стандарта сети PON: APON (BPON), GPON и EPON (GePON).

За расширенным стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).

APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONT и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг.

Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-¼), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефонию (FXS).

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием «Ethernet первую милю» EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализовав тем самым пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 г. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA преимущественно изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы — достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования, и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

Комиссия EFM 802.3ah стандартизировала три разновидности решения для сети доступа:

— EFMC (EFM copper) — решение «точка-точка» с использованием витых медных пар

— EFMF (EFM fiber) — решение, основанное на соединении «точка-точка» по волокну.

— EFMP (EFM PON) — решение, основанное на соединении «точка-многоточка» по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.

Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet.

Архитектуру сети доступа GePON можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GePON ITU-T Rec. G.984.3 GePON был принят в октябре 2003 года.

GePON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, и допускает системы как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной. GePON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса, в том числе TDM. Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.

Основные преимущества GEPON это — отсутствие активного сетевого оборудования на пути к пользователю, полнодуплексный симметричный доступ на скоростях от 40 Мбит/м (при полной загрузке Gepon-узла) до 1,25 Гбит м, высокая масштабируемость, увеличена результативность применения среды передачи данных, что обеспечивается прямым транспортом Ethernet-кадров, результативными схемами приоритезации трафика и IP-протоколами.

Технология GePON в полной мере подходит для внедрения по нескольким причинам:

1) невысокая стоимость построения сети;

2) технология реализует возможность подключения через одно оптоволокно большого количества абонентских терминалов, что способствует значительной экономии волокон;

3) низкие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание сети. Преимущество обусловлено использованием пассивного оборудования в распределительной сети;

4) возможность постепенного наращивания сети. Ввод новых узлов не оказывает влияния на действующую сеть;

5) перспективность создания распределительной инфраструктуры. Строительство оптической распределительной сети закладывает хорошую и долговременную основу для дальнейшего развития и предоставления в будущем любых мультимедийных услуг с практически неограниченной полосой пропускания;

6) использование меньшего числа активных элементов в сети обеспечивает ее надежность, а кроме того, способствует как снижению чувствительности к влиянию смежных линий связи, так и уменьшению воздействия на них;

7) высокая гибкость: построение распределительной сети по технологии GePON требует применения всего лишь одного оптического волокна, а не пучка волокон, как при использовании других оптоволоконных технологий. Благодаря этому можно строить сеть по шинной или древовидной топологии, что весьма выгодно с экономической точки зрения. Гибкость технологии позволяет использовать ее в любых сетевых конфигурациях семейства FTTВ.

В таблице 1.2 приведено сравнение характеристик стандартов PON

Таблица 1.2 — Сравнительные характеристики PON

Технология Gigabit Ethernet — это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности. Поскольку технология Gigabit Ethernet совместима с 10Mbps и 100Mbps Ethernet, возможен легкий переход на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение, кабельную структуру и обучение персонала Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8B/10B, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код TX/T2. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса GMII. 1000Base-T — это стандартный интерфейс Gigabit Ethernet передачи по неэкранированной витой паре категории 5 и выше на расстояния до 100 метров. Для передачи используются все четыре пары медного кабеля, скорость передачи по одной паре 250 Мбит/c. Предполагается, что стандарт будет обеспечивать дуплексную передачу, причем данные по каждой паре будут передаваться одновременно сразу в двух направлениях — двойной дуплекс (dual duplex).

Для разработки мультисервистной сети предачи данных микрорайона выбрана технология GePON, так как данная технология является одной из самых перспективных сетевых технологий и обеспечивает высокую надежность, гибкость, низкую стоимость и легкость внедрения, выдерживает большие нагрузки в случайные моменты времени, передавая огромный объем данных.

1.5 Выводы На основании рассмотренного материала в качестве основной технологии построения магистральной подсистемы выбрана технология 10 Gigabit Ethernet. Технология, применяемая в горизонтальной подсистеме — технология GePON. Средой передачи данных СКС выбран оптоволоконный кабель.

2. Проектирование мультисервисной сети

2.1 Выбор концепции построения сети

2.1.1 Топологии сети Проектируемая сеть состоит из двух уровней: магистральный уровень и уровень сети доступа.

Магистральный уровень сети должен обеспечивать высокую отказоустойчивость, так как на магистрали объединяются потоки большого количества сети доступа. Существуют две топологии, которые обеспечивают высокую надежность: «каждый с каждым», и «кольцо». Однако для топологии «каждый с каждым» нужно очень много кабеля, и портов, что не позволит достичь экономической эффективности.

Поэтому для обеспечения повышенной надежности и резервирования для проекта выбираем топологическую модель кольца. Кольца обычно создаются на уровнях опорной сети и доступа. Для соединения сети используются оптоволоконные линии связи, как самые надежные и стабильные технологии для подключения абонента к узлу провайдера на любых дистанциях, тем самым для сети будет обеспечена скорость передачи до 10 Гбит/с и выше.

В современных оптических сетях доступа могут использоваться различные топологии. Выбор оптимальной топологии зависит от целого ряда факторов, связанных с конкретными условиями проектирования (плотность абонентов, их расположение, виды услуг и т. д.), а также базовой оптической технологии. В таблице 2.1 приведено сравнение основных сетевых технологий.

Исходя, из сравнения основных сетевых топологий решено выбрать топологию «кольцо», ведь топология звезда неэффективно использует оптические волокна в кабеле. Линейная топология будет использоваться только в отдельных случаях, когда расположение между зданиями и узлом агрегации будет слишком большим. Однако, для обеспечения большей надежности в линейной топологии, последний коммутатор будет соединен с коммутатором агрегации через тот же оптический кабель, тем самым замыкая кольцо.

Таблица 2.1 — Сравнение сетевых топологий

Такое соединение не защитит от обрыва кабеля, но сможет защитить при выходе из строя одного из коммутаторов в цепи. На рисунке 2.1 показаны выбранные варианты топологии для сети доступа застройки микрорайона.

Рисунок 2.1- Выбранные варианты топологий для сети доступа

2.1.2 Описание типовых архитектурных решений выбранных технологий Технологии FTTx не накладывают практически никаких ограничений с точки зрения пропускной способности и поэтому обладают отличным запасом на будущее. Помимо возможности совместного использования оптоволокна и витой пары, поддержки услуг голосовой связи/передачи данных и передачи видео, эти решения позволяют предоставлять опытным пользователям современные услуги.

Микрорайон через узел магистральной сети будет подключен к городской сети ЭР-телеком.

Рисунок 2.2 — Архитектура сети «ЭР-телеком»

Для многоэтажной застройки доступ к магистральной сети осуществляется через коммутаторы, расположенные в каждом доме и соединены через оптический кабель по топологии «кольцо», по 5−7 коммутаторов в «кольцо». Для соединения магистрального коммутатора с коммутаторами доступа используется технологии Gigabit Ethernet 1000BASE-X. От коммутаторов доступа витой парой подключены абоненты.

Рисунок 2.3 — Типовая архитектура проектируемой сети

2.1.3 Синтез структурной схемы сети Структурная схема сети сформирована на основе анализа типовых архитектурно-топологических решений выбранных технологий. Узлы агрегации соединении с топологией «кольцо» с применением технологии 10 Gigabit Ethernet.

" Кольцо" образуется так: узлы агрегации соединении по топологии «линейное кольцо» и т. д. магистральная сеть подключается к сети передачи данных ЗАО «ЭР-телеком» в одной точках подключения. Далее весь трафик с магистральной сети идет по каналам сети передачи данных «ЭР-телеком» и замыкает «кольцо» .

С магистральной сети, через сеть передачи данных ЭР-телеком весь трафик поступает в ядра. В ядре находятся высокопроизводительные платформы для быстрой коммутации трафика, здесь же расположены серверы с видеоконтеном, файловые, почтовые, игровые серверы. Также в ядре находятся soft-switch и опорно-транзитная станция, благодаря которым обеспечивается обработка трафика IP телефонии (выход к телефонной сети общего пользования на междугородные и международные направления).

Сеть доступа многоэтажных застроек организована по технологии FTTB, и состоит из коммутаторов доступа, соединенных по топологии «кольцо». В каждом «кольце» 5−7 коммутаторов, в зависимости от географической удаленности домов. Коммутаторы сети доступа соединены между собой и подключении к магистральной сети по технологии Gigabit Ethernet, так как общий трафик на кольцо не превышает 1 Гбит / с. Вместе с коммутаторами доступа расположены и голосовые шлюзы для подключения аналоговых телефонов. Абоненты многоэтажных застроек подключаются к коммутаторам доступа по медной витой паре по технологии Fast Ethernet, ведь максимальная скорость по тарифам, не превышает 100 Мбит / с.

2.1.4 Описание работы функциональной схемы Магистральная сеть обеспечивает подключение сети доступа к предоставленным услугам. Для этого используются высокоскоростные коммутаторы магистральной сети L3, которые подключены по технологии 10GBASE-LX4 между собой, и сети передачи данных «ЭР-телеком». Магистральная сеть обеспечивает быструю передачу трафика и его приоритезацию с помощью технологий QoS. Также на каждом узле агрегации магистральной сети расположены серверы BRAS (Broadband Remote Access Server), которой агрегирует абонентские подключения из сети уровня доступа, и проводит биллинг доступа к сети Интернет.

Сеть доступа многоэтажных застроек реализована на коммутаторах L2 с поддержкой QoS для обеспечения услуг гарантированной пропускной способностью канала. Также на коммутаторах доступа обеспечивается защита от различных атак на сеть и от несанкционированного подключения. Коммутаторы доступа подключаются к магистральной сети с помощью технологии 1000BASE-TX.

Для обеспечения абонентов услугой IPTV коммутаторы сети доступа имеют поддержку технологии IGMP и IGMP Snooping. Видеоконтент передается от оператора «ЭР-телеком» в мультикастовий форме, к коммутаторам магистрального уровня, и дальше, к коммутаторам доступа. Благодаря мультикастовий форме, трафик с одинаковым видеоконтентом не суммируется на выходном канале. С коммутатора доступа видеоконтент поступает к абоненту на его компьютер или специальную STB приставку, к которой подключается телевизор.

Для обеспечения абонентов услугой телефонии, вместе с каждым коммутатором доступа размещается голосовой шлюз, который преобразует IP телефонию в аналоговую. Абоненты подключаются по медной паре голосовой шлюза. С голосового шлюза трафик IP телефонии поступает через сеть доступа, магистральную сеть и сеть «ЭР-телеком» в Soft-switch, который уже осуществляет преобразование с IP телефонии в аналоговую телефонию, и передает на опорно-транзитную станцию, где осуществляется коммутация в телефоной сети общего пользования, междугородная и международные направления.

Для обеспечения абонентов услугой доступа к сети Internet, с коммутатора доступа, кабелем UTP-5e, подключаются абоненты по технологии 100BASE-TX. Возможно подключение как одного абонентского устройства, так и нескольких, через специальное устройство (коммутатор, маршрутизатор).

2.2 Выбор сетевого оборудования При построении сети нам следует выбрать оборудование уровня доступа.

К оборудованию сети доступа относятся: коммутаторы доступа, коммутаторы GePON, ONT устройства и VoIP-шлюзы.

2.2.1 Активное оборудование ТВ В качестве оптических приемников выбираем Lambda Pro 50 компании Vector и ONT-F10−114 компании ТАРОС.

Vector Lambda Pro 50 это современный оптический приемник с микропроцессорным управлением, спроектированный для работы в оптических системах с архитектурой FTTB. Электронное управление параметрами усиления и система автоматики АРУ сокращают время настройки приемника, а также значительно упрощают его обслуживание. Система АРУ компенсирует изменения оптической мощности, обеспечивая стабильность выходного уровня РЧ независимо от изменений входного сигнала. Измерение уровня оптической мощности производится без использования дополнительных измерительных приборов — оптическая мощность отображается на цифровом индикаторе приемника.

Приемник LAMBDA PRO 50 предоставляет возможность работы при низком уровне оптической мощности. Это ключевой фактор для сокращения, как количества, так и стоимости устройств используемых при строительстве современной сети, особенно по технологии FTTB.

Основные спецификации:

· Электронная регулировка параметров усиления