Проектирование цифровых сетей связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра РУС

Проектирование цифровых сетей связи

Выполнил: ст.гр. 117

Лазарев С.И.

Проверил:

Дмитриев В.Т.

Рязань, 2014 г.



Исходные данные:

Вариант	7
FPH	0,3
PCC	0,3
ACC	0,1
CCC	0,05
VOT	0,2
PRM	0,05
K	2,3
p1	70
p2	10
p3	20
fi	7
ti, мин.	4
V2, Мбайт/c	25
V3, Мбайт/c	80
Tв, мин.	25
N	1600
Nкор	16
Набор сетевого оборудования корпоративной сети из Приложения	M1, M1, D1, D1, R1, S1, S2, SH, Et



1. Расчет количества трактов ОКС-7 для соединения станции SSP и узла SCP ИС связи

Реализуются следующие услуги: бесплатный вызов FPH (Freephone), вызов по кредитной карте ССС (Credit Calling Card), вызов по предоплаченной карте PCC (Prepaid Calling Card), телеголосование VOT (Televoting), вызов по расчетной карте АСС (Account Calling Card), вызов за дополнительную плату PRM (Premium Rate).

Для расчета принять: = 1; =7; = 7; = 7; = 1; =1; = 140 Байт; = 0,7.

Среднее число транзакций на один вызов:

, (1)

где - среднее число транзакций на один вызов каждой услуги, - общее число вызовов каждой услуги из общего числа вызовов.

Определим среднее число INAP-транзакций в секунду, передаваемых в одном направлении, (интенсивность транзакций) по формуле:

, (2)

где - общее количество вызовов по всем услугам в ЧНН(сумма).

Количество линий ОКС-7 между SSP и SCP равно:



, линий, (3)

где - средняя длина одной INAP-транзакции; - коэффициент загрузки ОКС7, Max - округление до целого в максимальную сторону.

2. Проектирование сети IP-телефонии

Параметры кодеков сетей IP-телефонии

Номер	Кодек	Поток	Размер пакета (мс)	Задержка (мс)	Оценка MOS	Суммар. поток
2	iLBC	15.2 кбит/с	20	30	4	29
3	iLBC	13.3 кбит/с	30	30	4	28

1) Расчёт производительности узла доступа с учётом структуры нагрузки поступающей от абонентов, использующих различные услуги

Длительность дейтаграммы TPDU равна 20 мс, согласно рекомендации RFC 1889. При этом в секунду передаётся следующее количество кадров:

(кадров в секунду). (4)

Размер пакетизированных данных определяется по формуле:

, (5)

где vj - скорость кодирования, байт/с, hj - размер пакетизированных данных; TPDU - длительность одной речевой выборки (длительность пакета).

При использовании кодека скорость кодирования и размер пакетизированных данных определяются по формулам:

, (байт/с), , (байт). (6)

Где

Здесь и далее расчеты ведутся для 2х кодеков:

Для определения размера пакета необходимо учесть заголовки:

- Ip - 20 байт; UDP - 8 байт; RTP - 12 байт.

Суммарный размер пакета для кодека определяется по формуле:

(7)

Для определения числа пакетов, генерируемых первой группой абонентов, необходимо учесть их долю в общей структуре пользователей, количество вызовов в час наибольшей нагрузки (ЧНН), среднюю длительность разговора, т.е.

, (8)

где N1j - число пакетов, генерируемое первой группой пользователей в ЧНН; n1j =50 - число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом; t1 - средняя длительность разговора в секундах для первой группы абонентов; f1 - число вызовов в ЧНН для первой группы абонентов; p1 - доля пользователей группы 1 в общей структуре абонентов; N - общее число пользователей.

Для расчёта числа пакетов, возникающих в результате пользования голосовыми сервисами для второй группы абонентов воспользуемся полученной ранее формулой для первой группы абонентов:

, (9)

где N2_mj - число пакетов, генерируемое второй группой пользователей в ЧНН при использовании голосовых сервисов; n1j - число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом; t2 - средняя длительность разговора в секундах для второй группы абонентов; f2 - число вызовов в ЧНН для второй группы абонентов; p2 - доля пользователей группы 2 в общей структуре абонентов; N - общее число пользователей.

Для расчёта числа пакетов в ЧНН необходимо задаться объёмом переданных данных. Предположим, что абоненты второй группы относятся к интернет-сёрферам, т.е. в основном просматривают веб-страницы. Средний объём данных, переданных за час при таком способе подключения, составит около V2, что необходимо выразить в битах. То есть V2 (Мбайт)=8·1024·1024. Число пакетов, переданных в ЧНН абонентами второй категории, будет равно:

(10)

где N2_дj - количество пакетов, генерируемых в ЧНН абонентами второй группы при использовании сервисов передачи данных; p2 - доля пользователей группы 2 в общей структуре абонентов; hj - размер поля данных пакета; N - общее число пользователей.

Суммарное число пакетов, генерируемых второй группой пользователей в сеть в ЧНН, будет равно:

(11)

Аналогичные формулы могут использоваться к сервисам передачи голоса, а именно:

, (12)

где N3_т - число пакетов, генерируемое 3-ей группой пользователей в ЧНН при использовании голосовых сервисов; n1j - число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом; t3 - средняя длительность разговора в секундах; f3 - число вызовов в ЧНН; p3 - доля пользователей 3-ей группы в общей структуре абонентов; N - общее число пользователей.

Предположим, что абоненты 3-ей группы относятся к "активным" пользователям интернета, т.е., используют не только http, но и ftp, а также прибегают к услугам пиринговых сетей. Объём переданных и принятых данных данных при таком использовании интернета составляет до V3 . Число пакетов, переданных в ЧНН, будет равно:



Для расчёта числа пакетов, генерируемых пользователями видео-услуг, воспользуемся соображениями относительно размера пакета, приведёнными в предыдущем пункте. Размер пакета не должен превосходить 200 (120) байт (вместе с накладными расходами). Например, при скорости передачи v = 2048 Кбит/с и размере полезной нагрузки пакета hj число пакетов, возникающих при трансляции одного канала, равно:

.(14)

Число пакетов, генерируемое 3-ей группой пользователей в ЧНН при использовании видео-сервисов:

(15)

где n3j - число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при просмотре видео, сжатого по стандарту MPEG2; Tв - среднее время просмотра каналов в ЧНН, сек; p3 - доля пользователей 3-ей группы в общей структуре абонентов; N - общее число пользователей.

Суммарное число пакетов, генерируемых 3-ей группой пользователей в сеть вЧНН, будет равно:

(16)

2) Расчет требований к производительности мультисервисного узла доступа

Мультисервисный узел доступа должен обслуживать трафик от всех трёх групп пользователей. Кроме того, именно узел доступа должен обеспечить поддержку качества обслуживания путем приоритезации трафика, которая должна осуществляться независимо от используемой технологии транспортной сети доступа. Суммарное число пакетов, которое должен обработать мультисервисный узел доступа, будет равно:

Среднее число пакетов в секунду:



Посчитаем количество пакетов, генерируемых в секунду для каждой из групп пользователей, чтобы оценить, какая из групп больше всего загружает систему.

Для первого кодека iLBC:

Для второго кодека iLBC:

Полученные данные представим в виде таблицы:

	Количество передаваемых пакетов в секунду
	iLBC	iLBC
1 группа, %	2,4	2,4
2 группа, %	6,1	5,6
3 группа, %	91	93

По таблице наглядно видно, что сеть загружена в обоих случаях абонентами 3-ей группы

3) Расчет времени задержки, интенсивности и коэффициента использования системы

Задержка из конца в конец складывается из следующих составляющих:

, (19)

где tпакет - время пакетизации (зависит от типа трафика и кодека), tз - время задержки при транспортировке в сети доступа, tcore - время задержки при распространении в транзитной сети, tбуф - время задержки в приёмном буфере.

Для двух кодеков задержка равна:

Допустим, что задержка сети доступа не должна превышать 5 мс. Время обработки заголовка IP-пакета близко к постоянному. Распределение интервалов между поступлениями пакетов соответствует экспоненциальному закону.

Для данной модели известна формула, определяющая среднее время вызова в системе (формула Полячека - Хинчина):

, (20)

где - средняя длительность обслуживания одного пакета; - квадрат коэффициента вариации, 0,2; - параметр потока.

Зависимость максимальной величины средней длительности обслуживания одного пакета от среднего времени задержки в сети доступа:



. (21)

Для кодека iLBC параметр потока ?=29; для кодека iLBC - ?=28.

Зависимость для двух кодеков:

Обратная зависимость для двух кодеков:



Время должно выбираться как минимальное из двух возможных значений. Первое значение - величина, полученная из последней формулы. Второе значение - та величина, которая определяется из условия ограничения загрузки системы - r. Обычно эта величина не должна превышать 0,5. При среднем значении задержки в сети доступа 5 мс средняя длительность обслуживания одного пакета равна:

коэффициент использования равен:

, (22)

При высоком уровне эксплуатации небольшие флуктуации параметров могут привести к нестабильной работе системы. Определим параметры системы при её использовании на 50%. Средняя длительность обслуживания будет определяться формулой:

.(23)

Интенсивность обслуживания равна:



Определим требуемую полосу пропускания для двух кодеков:

Предположим, что в структурном составе абонентов отсутствуют группы пользователей, использующие видео. При этом в приведенном выше анализе следует опустить расчёт числа пакетов, возникающих при использовании сервисов высокоскоростной передачи данных и видеоуслуг.

Число генерирующих пакетов, возникающих в ЧНН, будет равно:

Число пакетов в секунду определяется по формуле:



Среднее время обслуживания одного пакета при норме задержки 5 мс будет равно:

Коэффициент использования в таком случае:

При этом пропускная способность сети IP-телефонии равна:



3. Проектирование корпоративной сети в пакете OPNET

Начало работы с программой, создание проекта.

После инициализации программы необходимо создать новый проект.

Стартовое окно программы

Для этого необходимо выбрать меню Fail > New выбрать Project и нажать ОК. Откроется рабочее окно программы и форма ввода названия проекта и сценария, необходимо ввести соответствующие имена и нажать ОК. Появится мастер настройки сети, нажимаем Next. Далее выбираем тип сети. В курсовом проекте создается офисная сеть, поэтому выбираем пункт Office и нажимаем Next. После этого необходимо задать размер сети. В нашем случае размер сети по осям X и Y равен 100 метрам. Единица измерения выбирается в выпадающем списке. В следующем окне выбирается тип оборудования для палитры. Для проектирования сети необходимы: сервер, два коммутатора, маршрутизатор, оконечные пользователи (рабочие станции), соединительные линии (оборудование использует протокол Ethernet), а также средства определения типов сервисов и рабочих профилей. Поэтому в диалоговом окне необходимо отметить строки: applications, demands, ethernet, links, routers, servers, LANs (если планируется объединение нескольких рабочих станций в локальную сеть), utilities.

Мастер настройки сети.

В зависимости от предпочтений можно добавить в палитру оборудование определенного производителя, например, Cisco. Наконец, осуществляется проверка выбранных опций и после нажатия кнопки Finish, появляется рабочая область.

Палитра с выбранным ранее оборудованием появляется автоматически. Добавляем в рабочую область поочередно: сервер, два коммутатора, маршрутизатор, рабочие станции или элементы локальной сети и средства определения сервисов (application_definition) и профилей (profile definition). Удобно использовать категорию "по типу оборудования" (By Machine Type) для поиска необходимых объектов.

На скриншоте показаны средства определения сервисов и профилей (Application Config и Profile Config)



На скриншоте выбрана категория маршрутизаторов.

После добавления всех необходимых объектов их необходимо соединить между собой. Для этого используется кабель Ethernet 1000 Base - X. Кабели содержатся в палитре в меню Link Models. На следующем скриншоте выбран необходимый кабель. После двойного клика по кабелю в списке, необходимо соединить нужные объекты в рабочей области.

Далее проверяется правильность соединения объектов при помощи команды в меню Topology > Verify Links или нажатием клавиш CTRL+L.

В появившемся окне выбираем пункт Verify Links и нажимаем OK, при правильном соединении элементов сети в строке состояния будет информация о том, что пути и соединения правильны. При этом объекты Profile и Application Definition соединять с сервером не нужно.

Приступаем в настройке маршрутизатора. Для этого нажимаем на него правой кнопкой мыши и выбираем строку Edit Attributes. Далее выбираем IP > IP Routing Parameters > Static Routing Table. Задаем число строк (rows) по количеству портов маршрутизатора, в нашем случае 2 и для каждой строки прописываем адреса в поле Destination Address, отличающиеся последней цифрой и маски в поле Subnet Mask в следующем виде - "255.255.255.0". Теперь необходимо указать тип собираемой статистики. Для этого при нажатии правой кнопкой мыши по маршрутизатору, выбираем пункт Choose Individual DES Statistics. Для маршрутизатора необходимо CPU > Utilization (%); IP Traffic Dropped; Recieved; Sent.

связь сеть тракт коммутатор

Эскиз сети

Пример настройки маршрутизатора



Необходимая статистика для маршрутизатора

Необходимая статистика для коммутаторов



Аналогичным образом выбирается необходимая статистика с коммутаторов, а именно объем трафика переданного, полученного, отброшенного.

Производится настройка сервера. Нажатием на строку Edit Attributes открываем меню настройки. Виды используемых серверов определяются в меню Application Definitions. Указывается число строк (rows) видов сервисов. Далее в каждой из строк указывается название сервиса и его описание (Description). Описание сервиса можно выбирать из предустановленных, например HTTP, FTP, Email, Print, Voice и выбрать степень использования (Heavy, Medium, Low Load). Также можно описать сервис вручную активировав строку Custom, при этом указать используемый порт и протокол. Так как настроенные сервисы используются в дальнейшем, удобно именовать сервисы по типу трафика, как показано на скриншоте.

Пример настройки используемых сервисов.

Создаются профили пользователей. Настройка производится в подменю Profile Configuration. Также указывается количество строк (rows), причем конфигураций профилей может быть больше числа сервисов или меньше, один профиль может использовать несколько или все сервисы уже определенные в сети. Для каждой строки указывается имя. В меню Applications выбирается число сервисов (rows), а определенный сервис(ы) выбирается из списка уже созданных в сети. Выбирается время начала работы сервиса и время окончания, а также порядок повторения операции. Так как вышеназванные настройки случайны для них определяются интервал и закон распределения случайной величины на этом интервале. Для самого профиля также настраиваются периодичность запросов для всех используемых им сервисов (она может быть упорядоченной и случайной) время начала и окончания работы.

Пример настройки профилей пользователей

Выбирается необходимая для сбора статистика для сервера, а именно загрузка процессора, обращение к приложениям сервера - полученный и отправленный трафик (Application Demand - Traffic Sent, Traffic Received), загрузка сервера FTP, HTTP, E-mail, DB, в разделе Requesting Server Custom Application выбирается Application Response, Total Request/Response Size, Traffic Received/Sent, Applicayion/Group Response Time, отмечается загрузка в Responding Server Custom Application.



Необходимая статистика для сервера

Настройка оконечных пользователей заключается в присвоении созданных ранее профилей конкретным пользователей. Это производится в подменю Applications > Supported Profiles. Аналогично указывается число строк (rows) и выбирается один или несколько поддерживаемых профилей. Выбор осуществляется из списка атрибута Profile Name.

Пример настройки одного из оконечных пользователей



Необходимая статистика для оконечных пользователей

После этого необходимо сохранить проект и приступать к симуляции используя пункт меню DES > Configure/Run Discrete Event Simulation. Длительность (Duration) - выбирается 2 часа. В меню Global Attributes в меню Simulation Efficiency строкам OSPF Sim Efficiency и Rip Sim Efficiency выставляем значение Disabled и запускаем симуляцию. Через некоторое время программа выполнит симуляцию и выдаст результаты, в окне результатов будет написаны длительность симуляции, количество событий в сети, средняя скорость выполнения этих событий при симуляции, затраченное время, лог симуляции, содержащий отладочную информацию, а также кнопки, позволяющие просмотреть собранную статистику в виде графиков. Собранная статистика определялась нами ранее для каждого из объектов сети. Для ее просмотра необходимо нажать кнопку Results Browser.



Окно с результатами симуляции.

Окно "Results Browser", содержащее статистику для всех элементов.

В окне статистики галочками отмечаются необходимые для показа графики. Так как графики совмещены по времени удобно сравнивать использование различных профилей в один и тот же момент времени, узнать какой из сервисов сильнее нагружает сеть и т.д. Выбор необходимого элемента осуществляется раскрытием списка его статистики. Одновременно можно просматривать статистику с разных объектов сети. Ниже представлена вся собранная статистика спроектированной в курсовом проекте сети.

Графики результатов симуляции:



Объемы трафика на коммутаторе 1

Объемы трафика на коммутаторе 2, для сравнения приведен трафик с коммутатора

Статистика маршрутизатора (объемы трафика и загрузка ЦП)



Статистика для сервера (загрузка ЦП, статистика сервера баз данных и почты). Для сервера баз данных настроено однократное использование одним пользователем

Статистика серверов HTTP и FTP (3-ый график для сервера HTTP browsing, 4-ый - для сервера HTTP search)

Статистика пользователя "node_7", который работал с сервисами HTTP Search и FTP. Также приведены общая загрузка линии и задержка в ней.



Статистика пользователя "node_8", который работал с сервисами FTP и Email. При этом пользователь не только загружал файлы из сети, но и сам загружал их в сеть. (Upload)

Статистика пользователя "node_9", который работал с сервисами HTTP Search, HTTP Browsing, FTP, при этом загружал файлы из сети и в сеть, на следующем скрине загрузка линии и задержка.



Статистика пользователя "node_6", который работал с сервисами HTTP Search, HTTP Browsing.

Статистика пользователя "node_13", который работал только с сервисом Print.



Список использованной литературы

1. Методические указания по проектированию цифровых сетей связи. РГРТУ. 32 стр.

2. Маколкина М.А. Моделирование сетей связи с применением пакета ОpNet. - СПб.: СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевич, 2009. - 26 стр.

3. http://www.opnet.com/university_program/itguru_academic_edition/

4. "Лекции по Управлению телекоммуникационными сетями" http://siblec.ru

5. Гребешков А.Ю. Управление сетями электросвязи по стандарту TMN: Учебное пособие. - Москва: Радио и связь, 2004 г. - 155 стр.

6. Федеральный закон "О связи" от 07.07.2003 №126-ФЗ

Размещено на Allbest.ru

...