Разработка проекта нового узла расширения сети широкополосного доступа в одном из жилых микрорайонов города на сетевой инфраструктуре

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

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.

Начало XXI века ознаменовалось широким развитием широкополосных сетей и проникновением высокоскоростных локальных сетей в каждый дом. Используя протокол передачи данных IP появилась возможность передавать по одной и той же сети и данные, и телефонию и видео. Повсеместно реализовывается так называемая концепция сети “Triple play”. Используя всего лишь одну сеть мы получаем возможность пользоваться Интернетом, IP телефонией, смотреть спутниковое и эфирное телевидение (технология IPTV).

IP-TV - это технология, позволяющая эффективно передавать телевизионный канал по интернет-протоколу. В отличие от традиционных видов цифрового телевидения (эфирного, кабельного и спутникового).

По сути, технология IPTV не имеет ограничений по количеству каналов (число их может достигать от 30 до 100 и более) и качеству транслируемого контента. Все зависит лишь от пропускной способности сети и территории ее охвата. Спутниковые и обычные аналоговые ТВ-каналы также можно принимать с помощью IPTV, если перекодировать их для просмотра в сети.

Фактически сети IPTV - это персональные, индивидуальные сети, где каждый пользователь может выбирать контент по своему желанию.

В моей выпускной квалификационной работе я хочу подробнее разобраться, что из себя представляют мультимедийные широкополосные сети, принципы их построения, и что нужно для внедрения технологии IPTV на существующих линиях фиксированого оператора святи. Для своего исследования я выбрал компанию ОАО «Деловая Сеть Иркутск» которая является одним из интернет- провайдеров города. Мой выбор обоснован тем, что на данном предприятии проходила моя производственная практика.

Основными видами деятельности предприятия являются:

Предоставление высокоскоростного доступа в Интернет и Городскую сеть для физических и юридических лиц по технологии FastEthernet 100 Мегабит/сек. и GigabitEthernet 1000 Мегабит/сек. с использованием волоконно-оптических линий связи.

ь Организация связи между офисами (IP VPN).

ь Размещение сайтов (хостинг).

ь Размещение физических серверов (co-location).

ь Проектирование и монтаж структурированных кабельных систем.

ь Среди прочих услуг компания предоставляет населению современное интерактивное цифровое телевидение (IPTV).

Конечной целью моей работы является разработка проекта нового узла расширения сети широкополосного доступа в одном из жилых микрорайонов города на сетевой инфраструктуре и программно-аппаратном комплексе данного провайдера, а так же предоставление услуги IPTV абонентам на вновь построенной сети.

1. Технология IPTV. общие понятия

Технология IPTV (англ. Internet Protocol Television) (IP-TV, IP-телевидение) - цифровое интерактивное телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP, новое поколение телевидения.

Термин «IPTV» объединяет мультимедийные и интерактивные услуги, которые могут быть доставлены по IP-протоколу через сеть провайдера на телевизор (ТВ-приемник) абонента с использованием специализированного абонентского устройства - STB (Set Top Box) . Услуги «IPTV» обладают свойствами, такими как массовость, простота восприятия, делающих их очень привлекательными для внедрения:

ь услуги предоставляются абонентам через домашний телевизор с использованием STB;

ь телевизор, привычен и интуитивно понятен пользователям, при этом для пользования услугами не требуется устанавливать программное обеспечение или проходить обучение;

ь услуги «IPTV» легко масштабируемы и за счет централизованного управления услугами, любая новая запущенная услуга автоматически может быть доступной всем абонентам.

Рассмотрим более подробно, что именно представляет собой технология и какое оборудования должно использоваться для передачи качественных услуг «IPTV».

2. Архитектура построения сети IPTV

Для того чтобы поддерживать услуги IPTV, сети должны иметь возможность масштабироваться до миллионов пользователей, иметь достаточный ресурс полосы пропускания и обеспечивать качество обслуживания (QoS) и безопасность на всей цепочке технологического цикла. По этим и другим причинам особую важность при развертывании передачи видео по широкополосной сети приобретает интеллектуальность сети. Широко практикуется разделение сети, основанной на протоколе TCP/IP, на логические сегменты, или логические подсети. Для этого каждому сегменту выделяется диапазон адресов, который задается адресом сети и сетевой маской. Логические подсети соединяются с помощью маршрутизаторов или коммутаторов 2 - 3 уровня. Существует несколько разновидностей архитектур передачи IPTV, и каждая касается четырех логических сегментов сети - ядра сети, распределения, агрегирования и доступа - по-разному приводя к решению.

2.1 Методы передачи трафика в IP-сетях, применяемые при реализации технологии IPTV

Весь спектр услуг IPTV можно условно разделить на две группы: общего пользования и персональные.

К первым относится, прежде всего, просмотр какого-либо канала или только определенной передачи (абонент оплачивает, например, только то время, в течение которого транслируется блок новостей, а в другие часы его телевизор может быть выключен). Еще одна массовая услуга - это "виртуальный кинотеатр". Один за другим, по расписанию, контент-провайдер выпускает в эфир популярные фильмы, часто это новинки кинопроката, а пользователь выбирает удобное для себя время и покупает интересующий его сеанс. К массовым услугам можно отнести и предоставление какой-либо справочной информации на экране телевизора - прогноза погоды или курса валют.

Другая группа услуг предоставляется адресно, конкретному подписчику. Прежде всего, это "видео по запросу" - выбор фильма или телепередачи из каталога провайдера и их просмотр с любым количеством пауз и повторов в течение определенного времени с момента заказа. Сюда же относятся time-shift (пауза в трансляции и последующий просмотр с места остановки) и "виртуальный видеомагнитофон" (запись передачи, идущей в определенное время).

Для реализации этих услуг оператор использует следующие режимы передачи информации в IP сети: unicast, broadcast и multicast.

А) Unicast.

Unicast используется для предоставления персональных услуг, и здесь все просто: этот метод позволяет передавать информацию от источника к конкретному IP адресу. Абонент заказывает персональный контент, предназначенный только для него и, соответственно, только сам получает заказанную услугу. При одновременном просмотре своих заказов несколькими пользователями их трафик суммируется на участке от источника - файлового сервера, на котором находятся требуемые передачи, до абонентской линии.

Обычно системы юникастового вещания дополняются функциями, обеспечивающими остановку, паузу и перемотку при просмотре. Системы unicast вещания не требуют специального оборудования, как для multicast приложений. Данные системы могут работать даже на базе Internet.

К недостаткам unicast систем можно отнести необходимость наличия большого процессорного и сетевого ресурса на источнике видеопотоков. Также необходима достаточная полоса пропускания между источником и получателем.

Б) Broadcast.

Режим broadcast используется для передачи данных из одного источника ко всем получателям в заданной подсети. Информацию получают все без исключения абонентские установки. Для этого режима используются адреса, заканчивающиеся на 255, например, 192.168.1.255. Каждое устройство, получившее такой широковещательный пакет, должно его обработать соответствующим образом. Широковещательные пакеты не должны использоваться для организации видео вещания, не смотря на то, что пакеты небольшие, они могут "забить" все сетевые устройства сети, даже если они данным устройством не запрашивались. В тоже время большинство маршрутизаторов сетей сконфигурированы на запрет пересылки широковещательных пакетов из одной сети в другую, что также ограничивает возможность использования broadcast пакетов для организации видео вещания. Поэтому данный режим применяется только для передачи каких-либо служебных сообщений.

В) Multicast, как основной способ доставки видео.

И, наконец, режим передачи, который можно назвать самым важным в IPTV - это multicast. Он предназначен для доставки данных группе абонентов и применяется при организации телетрансляций и других услуг массового пользования. Для идентификации групп каналов используется специально зарезервированный для этих целей при разработке протокола IP диапазон адресов - от 224.0.0.0 до 239.255.255.255 (класс D). Multicast предусматривает передачу информации от источника к абонентским маршрутизаторам или коммутаторам одним потоком, транслируя далее ее только на те порты, которые эту информацию заказывали. Multicast позволяет существенно сэкономить полосу пропускания в транспортной сети, не требуя отдельного потока для каждого канала к каждому зрителю. Конечно, все участвующие в описанном процессе устройства должны поддерживать работу в режиме multicast.

Преимущества multicast трафика:

ь только одна копия видеопотока вещается в сети, что уменьшает требования к полосе пропускания, причем видеопоток могут получать многие абоненты сети;

ь процесс создания копий пакетов видеопотока возложен на сетевые устройства, что разгружает источник видеопотока;

ь простота развертывания системы вещания по IP сетям;

ь при multicast трафике возможно использование видеосигнала более высокого качества за счет меньшего сжатия.

Недостатки multicast трафика:

ь в данный момент времени абоненту можно смотреть только то, что вещается источником видеосигнала, на этот процесс повлиять нельзя.

ь Сетевое оборудование должно поддерживать multicast трафик и должно быть сконфигурировано соответствующим образом.

ь Мультикаст увеличивает нагрузку на маршрутизаторы сети.

ь В большинстве случаев multicast трафик возможно организовать только в частных сетях.

ь Контроль со стороны оператора за подключением к multicast потоку может оказаться сложной задачей. Достаточно сложной является задача интеграции сети общего пользования и частной сети, в которой развернут multicast трафик.

ь Некоторые файрволы (шлюзы, NAT) блокируют multicast потоки.

2.2 Протокол IGMP - как инструмент для управления multicast трафиком (потоками/пакетами)

Мультикастинг в IP сетях основан на IGMP(Internet Group Membership Protocol). протоколе. Принцип его работы заключается в следующем. Сначала с абонентского set-top box поступает команда на подключение к какому-либо каналу. Затем оборудование доступа посылает запрос к маршрутизатору на включение в соответствующую группу, в которой ведется трансляция требуемого канала. От источника (головной узел) сигнал передается через ряд маршрутизаторов к оборудованию доступа и отправляется на тот порт, с которого пришел запрос set-top box. Если еще один абонент посылает запрос на просмотр этого канала, он включается в группу, и сигнал с оборудования доступа дублируется и на его порт. Таким образом, по транспортной сети сигнал проходит "в одном экземпляре" и только на последнем участке "клонируется" для всех подключившихся к группе абонентов. Периодически специальными запросами маршрутизаторы определяют актуальное состояние групп. Если на оборудование доступа зафиксирован хотя бы один активный абонент, входящий в группу, маршрутизатор будет посылать данные на это оборудование. Когда последний абонент откажется от просмотра канала, на очередной запрос маршрутизатора оборудование доступа не ответит подтверждением членства в группе, и передача в его сторону прекратится.

Итак, сетевой протокол IGMP дает возможность управлять групповой маршрутизацией. Сейчас используются вторая и третья версии этого протокола. В отличие от второй, третья версия позволяет отказаться от общего опроса устройств группы перед прекращением вещания (например, если данный видеоканал больше никто в группе не смотрит), так как маршрутизатор хранит информацию о каждом хосте данной группы. Соответственно, сеть меньше загружается.

А) Другие протоколы: HTTP, RTSP, RTP, RTCP, RSVP и их возможности при реализации

Кроме IGMP, в IPTV для различных операций используется целый ряд протоколов. Среди прочих - хорошо известный HTTP (HyperText Transfer Protocol), применяется для организации различных интерактивных услуг.

Ответственность за одноадресную передачу видео берет на себя RTSP (Real Time Streaming Protocol) - потоковый протокол реального времени. Он предназначен для запроса мультимедиа-данных клиентом, предоставляя ему некоторые возможности по управлению передачей в ее процессе (доступны операции вида: запросить ресурсы для передачи, приостановить/ продолжить/ прервать трансляцию файлов, находящихся на сервере, начать запись какого-либо потока). RTSP, как и HTTP, - протокол прикладного уровня. Он работает по выделенному для него порту (554) и позволяет организовать транспортировку различных типов видеоконтента.

На транспортном уровне для передачи видео в режиме реального времени используется RTP (Real-Time Protocol). Он отвечает за создание и завершение сессии, определяет тип передаваемой информации, добавляет к пакетам порядковые номера и временные метки, позволяющие организовать доставку видео без потерь и задержек. Возможна работа как в unicast, так и в multicast режимах.

RTP передает функции управления RTCP (Real-Time Control Protocol), который проверяет пришедшие пакеты на соответствие отправленным, предоставляет информацию об источнике потока, следит за нагрузками в сети. RTCP же контролирует установленные параметры качества предоставления услуги (QoS) и совместно с RSVP (Resource Reservation Protocol) обеспечивает его выполнение.

Б) Сервисы IPTV.

Доступность широкополосного доступа в Интернет позволяет воспользоваться новыми технологиями в сфере телевизионного вещания. Получая доступ к услугe IPTV, можно не просто получать телевизионный сигнал по IP-каналам, но и воспользоваться всем комплексом интерактивных услуг.

Главным достоинством IPTV является интерактивность видеоуслуг и наличие широкого набора дополнительных сервисов (Video on Demand (VoD), TVoIP, Time Shifted TV, Network Personal Video Recorder, Electronic Program Guide, Near Video on Demand). Возможности протокола IP позволяют предоставлять не только видеоуслуги, но и гораздо более широкий пакет услуг, в том числе интерактивных и интегрированных.



Рис. 1. Cервисы IPTV

Video on Demand (VoD) (англ. видео по требованию) (IP-UNICAST) -- видео по запросу, система индивидуальной доставки абоненту телевизионных программ или видеофильмов по кабельной сети с мультимедиасервера в формате MPEG. Video on Demand является своего рода маленьким электронным видеопрокатом, когда фильм можно в любое время заказать из каталога, при этом часто поддерживаются дополнительные функции, такие как перемотка, остановка, выключение, включение.

TVoIP (Телевидение по протоколу IP или IP-телевидение) (IP-MULTICAST) - это цифровая трансляция видеоконтента (телеканалов) одновременно для всех телезрителей с возможностями навигации по каналам в едином пакете каналов.

Near Video On Demand, (NVoD, nVOD, n-VOD) (англ. почти видео по требованию) (IP-MULTICAST) - cервис цифрового телевидения «виртуальный кинозал» или «карусельное видео», многоадресное вещание предварительно сформированного видеоконтента по расписанию в несколько потоков со смещением во времени (как правило, для платного просмотра).

Time Shifted TV (англ. сдвинутое во времени вещание) - система телевидения, при которой можно заранее заказать просмотр транслируемой передачи «со сдвигом» на удобное время.

Абонентские устройства (Set-Top-Box) - устройство STB (Set-Top Box) предназначено для подключения бытовых приборов абонента (TV, аудиосистемы, домашние кинотеатры) к сети и поддержки интерактивного взаимодействия с системой IPTV. Выбор приставки зависит от нескольких факторов: формат передаваемого сигнала (MPEG2, MPEG4 H.264, VC-1), потребительские свойства, стоимость. В качестве абонентских устройств STB (set-top-box) используется оборудование различных производителей, среди которых Amino Communication, Kreatel Communication AB,ADB, PaceMicro и др.

3. Мультисервисная сеть. общие понятия

Мультисервисная сеть представляет собой универсальную многоцелевую среду, предназначенную для передачи речи, изображений и данных с использованием технологии коммутации пакетов (IP). Вообще говоря, основная задача мультисервисных сетей заключается в том, чтобы обеспечить работу разнородных информационных и телекоммуникационных систем и приложений в единой транспортной среде, когда для передачи обычного трафика (данных) и трафика другой информации (речи, видео и т. д.) используется единая инфраструктура. Мультисервисная сеть открывает массу возможностей для построения многообразных наложенных сервисов поверх универсальной транспортной среды - от пакетной телефонии до интерактивного телевидения и Web-сервисов, что сегодня называется как "triple-plays". Сеть нового поколения имеет следующие особенности:

ь универсальный характер обслуживания разных приложений;

ь независимость от технологий услуг связи и гибкость получения набора, объема и качества услуг;

ь полная прозрачность взаимоотношений между поставщиком услуг и пользователями.

3.1 Архитектура

FTTB

Особенностями технологии FTTB, которая используется для создания данной мультисервисной телекоммуникационной сети, являются высокая пропускная способность, надежность сети и быстрота внедрения новых телекоммуникационных услуг. Сети, построенные по технологии FTTB, позволяют предоставлять широкий спектр сервисов, в том числе передачи данных, голосовой связи, широкополосного доступа в Интернет, потокового видео, видео по запросу (VoD) и виртуального кинозала, и многое другое.

Технология FTTB (англ. Fiber to the Building - волокно до здания) - на сегодняшний день наиболее востребованная в России технология строительства широкополосных сетей. Широкому распространению FTTB способствовали снижение цен на оптический кабель (ОК), появление дешевых оптических приемников, передатчиков и оптических усилителей (ОУ). Использование оптики в FTTB позволяет использовать для передачи данных быструю технологию Metro Ethernet, избавляет от необходимости заземления несущего троса, исключает выход оборудования из строя от статического электричества, и облегчает согласование развертываемой сети в надзирающих инстанциях.

3.2 Технология Metro Ethernet

Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости. Широкий спектр экономически выгодных решений позволяет смело внедрять Ethernet на магистралях.

Metro Ethernet строится по трехуровневой иерархической схеме и включает ядро, уровень агрегации и уровень доступа. Ядро сети строится на высокопроизводительных коммутаторах и обеспечивает высокоскоростную передачу трафика. Уровень агрегации также создается на коммутаторах и обеспечивает агрегацию подключений уровня доступа, реализацию сервисов и сбор статистики. В зависимости от масштаба сети ядро и уровень агрегации могут быть объединены. Каналы между коммутаторами могут строиться на основе различных высокоскоростных технологий, чаще всего Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet. При этом необходимо учитывать требования по восстановлению сети при сбое и структуру построения ядра. В ядре и на уровне агрегации обеспечивается резервирование компонентов коммутаторов, а также топологическое резервирование, что позволяет продолжать предоставление услуг при одиночных сбоях каналов и узлов. Существенного сокращения времени на восстановление можно добиться только за счет применения технологии канального уровня.

Уровень доступа строится по кольцевой или звездообразной схеме на коммутаторах Metro Ethernet для подключения корпоративных клиентов, офисных зданий, а также домашних клиентов. На уровне доступа реализуется полный комплекс мер безопасности, обеспечивающих идентификацию и изоляцию клиентов, защиту инфраструктуры оператора.

4. Практическая часть

Целью моей практической работы является разработка проекта нового узла расширения сети широкополосного доступа в жилом микрорайоне “Радужный” на сетевой инфраструктуре и програмно-аппаратном комплексе ОАО “ДСИ”, а так же оценка возможности реализации услуги IPTV абонентам вновь построенной сети.

Любая сеть связи в своем строении имеет некий центр, из которого сеть берет свое начало и достигает в конечном счете абонента в виде той или иной услуги.

В данном случае роль такого центра выполняет центральная головная станция (ЦГС) на которой располагается «ядро» сети. Для непосредственной подачи услуг в районы города организуется транспортное волоконно-оптическое кольцо, соединяющее между собой ЦГС и местные станции пере коммутации (ППK) районов, связанные между собой транспортной сетью «кольцо».

В данной практической работе будет рассматриваться два уровня сети широкополосного доступа, а именно уровень доступа и уровень агрегации в приделах одного распределительного районного кольца.

Для решения поставленной задачи было составлено техническое задание (ТЗ).

4.1 Задачи ТЗ

1) Провести исследование застраиваемых домов в м/р Радужный, выбрать топологию строительства сетевой инфраструктуры с учетом этажности домов, количества подъездов и количества квартир (одна квартира-один потенциальный абонент).

2) Разделить застраиваемые дома на группы по расположению для удобства прокладки линий распределительной сети, выбрать тип кабелей для внутренней и внешней прокладки.

3) По результатам исследования определить оптимальные места расположения домовых узлов (шкафы подключений) в группах домов.

4) Рассчитать необходимую первоначальную нагрузку на одного абонента при условии, что услугой Ethernet будут пользоваться 30 %, IPTV 20 %, IP телефонией 2 %, от общего количества потенциальных абонентов.

5) Исходя из потребности абонентов по пропускной способности выбрать необходимое коммутационное оборудование для домовых узлов связи (далее по тексту ДУ).

6) Исходя из количества ДУ, их общей потребности в пропускной способности с учётом увеличения количества абонентов или повышения качества обслуживания (TV высокой чёткости) выбрать коммутатор агрегации.

7) Выполнить расчёт потребности района в пропускной способности от головной станции.

8) рассчитать возможные потери в магистральной волоконно-оптической линии связи.

9) На основе вновь построенного узла ШПД рассмотреть возможность предоставления услуги IPTV абонентам от центральной головной станции ОАО “ДСИ”.

4.2 Предпроектное исследование жилого микрорайона “Радужный”

Микрорайон “Радужный” молодой быстро развивающийся жилой район, поэтому в разработку было взято 30 жилых домов не забывая о дальнейшей перспективе строительства новых. Проанализировав карту района, стало понятно ,что дома территориально поделены на пять основных групп:

ь I группа: Группа домов №№ 34,42,43,44,46.

ь II группа: Группа домов №№ 71-75.

ь III группа: Группа домов №№ 36,35,37,32,33.

ь IV группа: Группа домов №№ 114, 115, 117,118,118a, 119,10.

ь V группа: Группа домов №№ 9,122,123,8.

После проведённого исследования района мной была выбрана топология строительства сетевой инфраструктуры - “кольцо”, застраиваемые сетью дома разделены на домовые узлы (ДУ).

Таблица 1. Количество абонентов

Кольцо №1	Кол. КВ.	30% от Кол. КВ. Ethernet	20% от Кол. КВ. IPTV	2% от Кол. КВ. IP телефония
ДУ 1.1	20	6	4	0
ДУ 1.2	20	6	4	0
ДУ 1.3	108	32	22	2
ДУ 1.4	144	43	29	3
ДУ 1.5	40	12	8	1
? ДУ	332	99	67	6

Таблица 2. Количество абонентов

Кольцо №2	Кол. КВ.	30% от Кол. КВ. Ethernet	20% от Кол. КВ. IPTV	2% от Кол. КВ. IP телефония
ДУ 2.1	108	32	22	2
ДУ 2.2	108	32	22	2
ДУ 2.3	108	32	22	2
? ДУ	324	96	66	6

Таблица 3. Количество абонентов

Кольцо №3	Кол. КВ.	30% от Кол. КВ. Ethernet	20% от Кол. КВ. IPTV	2% от Кол. КВ. IP телефония
ДУ 3.1	20	6	7	0
ДУ 3.2	72	22	14	1
ДУ 3.3	72	22	14	1
ДУ 3.4	72	22	14	1
ДУ 3.5	80	24	16	2
? ДУ	316	94	64	5

Таблица 4. Количество абонентов

Кольцо №4	Кол. КВ.	30% от Кол. КВ. Ethernet	20% от Кол. КВ. IPTV	2% от Кол. КВ. IP телефония
ДУ 4.1	80	24	16	2
ДУ 4.2	60	18	12	1
ДУ 4.3	40	12	8	0
ДУ 4.4	40	12	8	0
? ДУ	220	66	44	3

Таблица 5. Количество абонентов

Кольцо №5	Кол. КВ.	30% от Кол. КВ. Ethernet	20% от Кол. КВ. IPTV	2% от Кол. КВ. IP телефония
ДУ 5.1	40	12	8	0
ДУ 5.2	60	18	12	1
? ДУ	100	30	20	1

Для обеспечения надежности, масштабируемости и управляемости сети, с возможностью обеспечения широкого спектра услуг с необходимым качеством обслуживания, я предлагаю подход, в котором домовая сеть состоится из иерархических уровней.

ь Уровень доступа.

ь Уровень агрегации.

ь Уровень предоставления услуг (сервисный уровень).

ь Уровень магистрали.

Рассмотрим их предназначение.

1. Уровень доступа.

Как следует из его названия, обеспечивает физический доступ абонента к сети. Все существующие технологии доступа обычно подразделяются на три класса - проводные, кабельные и беспроводные. К проводным относятся сети xDSL, PON и Ethernet. В моей работе я рассматриваю исключительно Ethernet-доступ.

На этом уровне располагаются коммутаторы, к которым непосредственно (или через абонентские устройства) по внутридомовой медной проводке категории 5 подключаются абоненты сети (смотри Приложение 3). Для поддержки большинства услуг на этом уровне я пердпологаю использовать управляемые коммутаторы уровня 2. К коммутаторам домовых узлов подключение производится по оптическому волокну на скорости 1000 Мбит/с.

Пользовательские интерфейсы конфигурируются в режим «access» в выделенном VLAN для изоляции пользователей, подключенных к разным коммутаторам доступа одного кольца.

2. Уровень агрегации

Его задача - подключение уровня доступа к уровню предоставления услуг и к ядру сети.

В нашем случае уровень агрегации состоит из коммутатора агрегации уровня 3, который подключается к ближайшим узлам районных коммутаторов агрегации (узлы ППК “Помяловского” и ”Энергетиков”) а так же к головной станции - ядру сети. Подключение осуществляется на скорости 10 Гбит/с и 10 Гбит/с (резервирования) по топологии “двойное” кольцо.

Топология подключения - «кольцо».

3. Сервисный уровень.

Задача сервисного уровня заключается не в передаче трафика как такового, а в организации сервиса, то есть того, за что в итоге и платит абонент. Сервисный уровень осуществляет аутентификацию и авторизацию абонента определяет список сервисов, которые может (и должен) получать абонент.

Далее оборудование сервисного уровня обеспечивает выполнение параметров контракта с абонентом по сервисам, на которые абонент подписан, например, ограничивает скорость доступа в Интернет до контрактных величин; и здесь же формируется статистика для биллинга абонента или обеспечивается контроль потребления услуг абонентами, работающими по предоплате.

На сервисном уровне формируется понятие абонентской сессии, то есть своеобразного «виртуального сетевого интерфейса» к абоненту, осуществляется выдача IP-адресов.

Собственно, на уровне IP-протокола абонент взаимодействует именно с сервисным уровнем.

4) Уровень магистрали.

Уровень магистрали предназначен для быстрой и надежной передачи трафика. Фактически, магистраль связывает между собой сети агрегации.

Уровень магистрали (или опорной сети). Включает Центральный узел и, возможно, другие узлы соединенные между собой надежным высокоскоростным Ethernet транспортом. Основу узлов опорной сети составляют гигабитные маршрутизирующие коммутаторы Ethernet уровня 3.

4.3 Расчет нагрузки на сеть

Для расчета нагрузки на сеть будем брать во внимание всю распределительную сеть района, отталкиваясь от количества абонентов на данном кольце.

1. Расчет нагрузки при предоставлении доступа к ресурсам Интернет.

На первоначальном этапе запуска сети, будем считать, что проникновение составит не более 30% в отдельно взятом доме. На проникновение влияют такие факторы как, наличие других провайдеров, время требуемое на рекламу и т.д.

Для удобства, будем считать, что все абоненты будут использовать triple play, то есть пакет из услуг (IPTV, ШПД и телефонию).

Рассчитаем среднее значение нагрузки создаваемой услугой доступа в интернет приходящейся на одного абонента, нам необходимо свести в таблицу все тарифные планы компании ОАО “ДСИ” и найти среднее, всё это делается для того чтобы выяснить, какую нужно обеспечить пропускную способность в сети, не допуская блокировки оборудования.

Таблица 6. Усреднённый трафик на одного абонента в сети ОАО “ДСИ”

№ ТАРИФА	СКОРОСТЬ (КБИТ/C)	№ ТАРИФА	СКОРОСТЬ (КБИТ/C)
1	300	8	3000
2	400	9	4000
3	600	10	5000
4	800	11	6000
5	1000	12	10000
6	1500	13	15000
7	2000	14	20000
Cред. значение нагрузки	4971~5 Mb/s

Далее рассчитаем нагрузку создаваемую каждым абонентом и сведём данные в Таблицу 7.

Таблица 7. Средняя максимальная нагрузка от абонентов районной сети

Домовой узел №№	Cред. значение нагрузки на ДУ Mb/s	Домовой узел №№	Cред. значение нагрузки на ДУ Mb/s
ДУ 1.1	30	ДУ 3.3	110
ДУ 1.2	30	ДУ 3.4	110
ДУ 1.3	160	ДУ 3.5	120
ДУ 1.4	215	ДУ 4.1	120
ДУ 1.5	60	ДУ 4.2	90
ДУ 2.1	160	ДУ 4.3	60
ДУ 2.2	160	ДУ 4.4	60

Из полученных данных рассчитаем максимальную нагрузку на распределительное кольцо района, просуммируем нагрузку всех домовых узлов, таким образом, получим наибольшую нагрузку на распределительное кольцо с учётом проникновения услуги Интернет 30% (385 абонентов).

=1655 Mb/s.

2. Расчет нагрузки поступающей при предоставлении услуги IP-телефония.

Число абонентов IP-телефонии согласно исследовательских данным составит примерно 2% от каждого домового узла. Максимальная скорость передачи данных (голос) каждого абонента составляет 0,0625 Мбит/с. Рассчитаю максимальную нагрузку каждого узла. Свём данные в Таблицу 8.

Таблица 8. Максимальная нагрузка абонентов IP телефонии

Домовой узел №№	Максимальная нагрузка, , Mb/s	Домовой узел №№	Максимальная нагрузка, , Mb/s
ДУ 1.1	-	ДУ 3.3	0,0625
ДУ 1.2	-	ДУ 3.4	0,0625
ДУ 1.3	0,125	ДУ 3.5	0,125
ДУ 1.4	0,1875	ДУ 4.1	0,125
ДУ 1.5	0,0625	ДУ 4.2	0,0625

Из полученных данных получаем, максимальную нагрузку при одновременном разговоре всех 2% (21) абонентов IP телефонии.

=1,375 Mb/s

3. Расчет нагрузки поступающей при предоставлении услуги IP-TV.

Число абонентов IP-TV согласно исследовательских данным составляет примерно 20% (261 абонент). Рассчитаем нагрузку на нашу районную сеть, учитывая, что сервер способен отдавать 120 каналов, при этом поток каждого канала занимает приблизительно 8 Mb/s.

Отсюда максимальная полоса пропускания, занимаемая IPTV потоком при учёте одновременного просмотра 120 каналов будет равна:

=960 Mb/s,

Где:

-скорость передачи одного канала.

-количество каналов.

4. Расчет нагрузки на районную сеть.

Зная значение нагрузки при предоставлении каждой из описанных выше услуг передачи данных, определим максимальную нагрузку на районную сеть путем суммирования полученных ранее данных.

Мбит/с,

Где:

- максимальная нагрузка на узел;

- сумма максимальных нагрузок предоставляемых услуг.

Получив общее усреднённое значение максимальной нагрузки на распределительную сеть района и учитывая, что наша сеть будет масштабироваться до нескольких тысяч абонентов (нагрузка от 2000 абонентов ~ 10,9 Gb/s с учётом IPTV), принимаем решение о том, что для обеспечения работоспособности сети на первоначальном этапе достаточно пропускной способности в 1 Гбит/с к ДУ, данная величина на первом этапе проникновения уже имеет некоторый запас по пропускной способности.

4.4 Выбор, описание и расчет необходимого количества оборудования проектируемой сети

А) Выбор оборудования.

Сетевое оборудование подразделяется на оборудование магистральной сети и оборудование уровня доступа.

К оборудованию магистральной сети относят коммутаторы агрегации.

К оборудованию сети доступа относятся: коммутаторы доступа.

На основе требований проектируемой сети выберем соответствующую элементную базу оборудования.

Б) Выбор оборудования уровня доступа.

При выборе коммутаторов доступа я буду учитывать резерв по портам подключения с растущими потребностями абонентов.

мультисервисный коммутатор цифровой спутниковый

Таблица 9. Подбор коммутаторов доступа по количеству портов

№ Домового узла	Количество абонентов	Коммутатор доступа, кол. портов
ДУ 1.1	6	24
ДУ 1.2	6	24
ДУ 1.3	32	48
ДУ 1.4	43	48
ДУ 1.5	12	24
ДУ 2.1	32	48
ДУ 2.2	32	48
ДУ 2.3	32	48
ДУ 3.1	6	24
ДУ 3.2	22	48
ДУ 3.3	22	48
ДУ 3.4	22	48
ДУ 3.5	24	48
ДУ 4.1	24	48
ДУ 4.2	18	24
ДУ 4.3	12	24
ДУ 4.4	12	24
ДУ 5.1	12	24
ДУ 5.2	18	24

Главными критериями выбора оборудования в моём случае является:

Возможность соединения коммутаторов доступа по оптическим кабелям и наличие FSP модулей.

Проанализировав рынок коммутационного оборудования c учётом моих потребностей, были выбраны следующие коммутаторы доступа торговой марки «HUAWEI» LS-S2326TP-E1/LS-S2352TP-E1.

Описание выбранного оборудования:

Коммутаторы LS-S2326TP-E1/LS-S2352TP-E1 - управляемые коммутаторы 2 уровня.

Коммутаторы LS-S2326TP-E1/LS S2352TP-E1 - L2 уровня имеют 24/48 портов из них 24/48 портов 10/100BASE-TX и 2/4 комбинированных порта - 1000Base-T/SFP slot, позволяющие использовать гигабитный канал по витой паре или создание оптического гигабитного канала с применением дополнительно SFP модуля.

Коммутаторы серии S2300 поддерживают разнообразные стратегии ACL с возможностью отправки правил ACL с различных интерфейсов VLAN. Это обеспечивает гибкое управление интерфейсами VLAN и планирование ресурсов.

S2300-EI поддерживает переключение VLAN 1:1 для реализации услуг IPTV без конфигурирования домашнего шлюза, а также поддерживает переключение VLAN N:1, наиболее востребованное в данной отрасли. Это обеспечивает агрегирование VLAN на стороне пользователя и снижает количество используемых VLAN. S2300-EI поддерживает механизм QinQ, при котором тэг VLAN сети общего пользования инкапсулируется в пакет снаружи тэга VLAN абонентской сети. Таким образом пакеты содержат 2 тэга VLAN, с которыми они передаются по операторской магистральной сети.

Коммутаторы серии S2300 поддерживают группы многоадресной передачи и различные функции тиражирования многоадресной передачи уровня 2, включая IGMP snooping, фильтрацию IGMP, многоадресная передача по VLAN и распределение нагрузки за счет агрегирования портов. S2300 также поддерживает ограничение скорости и сбор статистики по многоадресному трафику на портах в соответствии с требованиями к услугам IPTV.

В) Выбор оборудования уровня агрегации.

Главными критерием выбора оборудования уровня агрегации является: маршрутизирующий коммутатор L3, высокая производительность, возможность соединения коммутаторов доступа по оптическим кабелям и наличие SFP модулей.

Для реализации проекта районной сети достаточно 10 SFP модулей на 1 Gb/s к абонентам, но учитывая то, что микрорайон быстро развивается и необходимость в подключении следующих абонентов возникнет очень быстро, выбираем коммутатор уровня агрегации с 100% резервом по SFP модулям, а именно коммутатор на 24 модуля.

По соотношению цена/ качество мною было принято решение о использовании коммутатора агрегации Cisco ME-4924.

Описание выбранного оборудования.

Коммутатор агрегации от ведущего мирового производителя с 24 портами SFP 1000Base-X и дополнительными 4-мя портами SFP 1000Base-X или 2-мя портами XFP 10 Гбит/с.

Компактность устройства (высота - 1RU) позволяет размещать его в офисах с ограниченным стоечным пространством.

Агрегирующий коммутатор Cisco ME 4924-10GE - это коммутатор третьего уровня с возможностью маршрутизации для высокопроизводительных сетей. Серия ME 4900 основана на технологиях серии 4900 и обеспечивает производительность, необходимую операторам связи, предоставляющим своим абонентам услуги triple play.

Г) Выбор волоконно оптических модулей SFP.

Для уровня доступа был выбран следуюший WDM SFP-трансивер с 1 портом 1000BASE-BX-U (Tx:1310 нм, Rx:1550 нм) для одномодового оптического кабеля (до 10 км).

Двунаправленные гигабитные SFP-трансиверы DEM-330T/330R и DEM-331T/331R для оптического кабеля - это трансиверы, разработанные для установки в порты SFP (Small Form-Factor Pluggable) сетевых устройств с целью приема и передачи данных по оптоволоконным кабелям. Эти трансиверы выполнены в компактном корпусе и обеспечивают высокоскоростную и надежную передачу данных на дальние расстояния, а также гибкость в установке, необходимую в современных оптоволоконных сетях.

Таблица 10. Спецификация на трансивера SFP D-link DEM-330R

Стандарт	IEEE802.3z 1000BASE-BX-U
Длина волны	Tx: 1310 нм, Rx: 1550 нм
Разъем	Симплексный LC
Тип оптоволокна	Одномодовый оптический кабель 9/125 мкм
Максимальное расстояние передачи данных	10 км
Диапазон мощности передачи	От -3 до -9 дБм
Диапазон мощности приема	От -1 до -21 дБм
Чувствительность	-21 дБм
Мин. бюджет мощности	12 дБ
Макс. бюджет мощности	18 дБ

Для уровня агрегации был выбран следующий DWDM SFP-трансивер X2-10GB-LR, предназначен для работы по двум одномодовым оптическим волокнам на длине волны 1310 нм, на расстояния до 10 км. X2-10GB-LR совместим с большинством мировых производителей активного сетевого оборудования. X2-10GB-LR имеет интегрированную технологию цифровой диагностики и мониторинга DDMI.

Таблица 11. Спецификация на трансивер SFP Cisco X2-10GB-LR

Трансивер SFP Cisco X2-10GB-LR	Характеристики:
Длина волны	трансивер X2-10GB
Длина волны для передачи данных:	1310нм
Скорость передачи данных:	10Gbit/s
Количество и тип коннекторов	2 SC
Максимальное расстояние передачи данных	10 км
Соответствует стандартам:	IEEE802.3Z Bellcore TA-NWT-000983 IEC60825-1
тип передатчика	DWDM лазерный
Мощность передатчика:	-6 ~-1dBm
Чувствительность приемника:	-15dBm

Д) Выбор оптического волновода.

Главным критерием в выборе ВОК является наличие двух рабочих окон прозрачности оптических модулей которые были выбраны ранее.

Выбранный ВОК содержит стандартные одномодовые оптические волокна с улучшенными частотными характеристиками по рекомендации МСЭ-Т G.652 и отвечает предъявленным к нему требованиям.

Таблица 12. Спецификация ВОК

Рабочие длины волн, нм	1310ч1625
Диаметр оболочки, мкм	125±1
Некруглость облочки, %, не более	1
Диаметр защитного покрытия, мкм	250±15
Коэффициент затухания дБ/км:
на длине волны 1310 нм	0,35
на длине волны 1383 нм	0,34
на длине волны 1550 нм	0,18
на длине волны 1625 нм	0,22
Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм·км) в интервале длин волн:
(1285ч1330) нм, не более	3,5
(1525ч1575) нм, не более	18
(1565ч1625) нм, не более	22
Поляризационная модовая дисперсия (ПМД), пс/vкм, не более	0,1
Наклон дисперсионной характеристики в области длины волны нулевой дисперсии, пс/(нм2·км) в интервале длин волн 1285 нмч1330 нм, не более	0,092
Длина волны нулевой дисперсии, нм	1310±10
Длина волны отсечки, нм, не более	1260
Диаметр модового поля, мкм
на длине волны 1310 нм	9,2±0,4

4.5 Расчет количества оборудования

Рассчитаем необходимое количество оборудования для ППК “Радужный” и каждого распределительного кольца внутри ППК. Для этого сначала рассмотрим наполнение одного шкафа.

Все оборудование проектируемой сети предполагается устанавить в антивандальных шкафах. Шкафы будут установлены в подъездах, на стене над межэтажной площадкой последнего этажа здания.

Шкаф ППК является пунктом перекоммутации оптических волокон магистральной и распределительной волоконно-оптической сети. В данном шкафу устанавливается 1 стоечный кросс на 24 оптических розетки, который используется для магистральной коммутации и подключения коммутатора агрегации.

Во всем остальном шкаф ППК выполняет роль обычного домового шкафа. Где устанавливается 24/48 портовый коммутатор доступа, 24 портовая патч-панель, служащая для коммутации портов коммутатора и кабельных линий FTP, которые протягиваются по трубостоечной канализации внутри подъездов до абонентов.

Так же в шкафу устанавливается, ИБП APC Back-UPC 750VA с аккумуляторной батареей на 24 Ач, автоматический выключатель ВА, блок розеток на 3 позиции. Шкаф комплектуется датчиком вскрытия и датчиком отсутствия электропитания, заведенными на мониторинг. Всё оборудование в шкафу заземлено.

В проекте количество ДУ соответствует количеству шкафов, исходя из этого и зная стандартную комплектацию одного шкафа рассчитаем количество необходимого оборудования. Так же, согласно проекта, в подъездах жилых домов, для организации домовой распределительной сети организуется трубостоечная канализация из ПВХ труб диаметром 50 мм. Трубы устанавливаются в забуренные в межэтажных перекрытиях отверстия и крепятся к стенам на хомуты в двух точках.

Данные по количеству необходимого оборудования для проектируемой районной сети сведём в Таблицу 13.

Таблица 13. Количество необходимого оборудования

Наименование	Количество
Коммутатор Cisco ME-4924	1
Коммутатор HUAWEI LS-S2326TP-E1	9
Коммутатор HUAWEI LS S2352TP-E1	10
SFP-трансивер WDM -link DEM-330R	38
SFP-трансивер DWDM Cisco X2-10GB-LR	2
Оптический кросс стоечный, 19 дюймов, 1U, 16 портов	18

Прокладка кабельных трасс.

1. Магистральная волокно оптическая сеть.

Топология магистральной сети определена как кольцевая.

Вид прокладки ВОК - воздушно-кабельные переходы.

Волоконность ВОК - 32 оптических волокна.

2. Распределительная волоконно-оптическая сеть.

Топология распределительной сети определена как кольцевая.

Прокладка оптоволоконных кабелей выполнена по крышам зданий и на подвесных тросах между ними.

Волоконность ВОК - 16 оптических волокон для каждого из направлений распределительного кольца.

3. Внутридомовая распределительная сеть.

Топология внутридомовой распределительной сети определена как звезда.

Прокладка кабелей от шкафов ДУ до абонентов выполняется медным кабелем - витой парой пятой категории FPT 5e Cat в трубостоечной канализации из ПВХ труб Ду50 мм.

4. Организация питания ДУ.

Питание шкафов ДУ организованно от этажных распределительных щитков ~ 220 В. Подключение и разводка линии электропитания выполнена кабелем ВВГнг 3x1,5.

5. Организация технологии IPTV на вновь построенной сетевой инфраструктуре района используя программно-аппаратный комплекс ОАО “ДСИ”

Организацию услуги IPTV можно разделить на две части:

ь Прием цифровых каналов от спутников, преоразование сигналов в IP поток.

ь Передача сигнала с ЦГС к абонентам.

Головная станция - важный компонент решения «IPTV» при построении услуг цифрового телевидения. Головная станция является программно-аппаратным комплексом, который обеспечивает прием сигнала от спутников, обеспечивает раскодирование и демультиплексирование цифровых сигналов и имеет возможность MPEG-кодирования аналоговых сигналов с последующим мультиплексированием подготовленных материалов в IP-потоки.

Компонентами Головной станции являются:

ь Антенный пост;

ь Цифровые спутниковые приемники;

ь Узел цифрового кодирования;

ь Стример / мультиплексор.

Антенный пост - обеспечивает прием сигналов от спутников. Сигнал принимается четырьмя офсетными антеннами выпускаемыми ОАО "АлМет" с азимутальными подвесами. Каждая из антенн направлена на свой спутник.

Одна антенна SUPRAL СТВ-1,8-1,2 2,5 AL АУМ направлена на спутник ABS 2 (75°E долготы), три антенны SUPRAL СТВ-1,2-1,1 1,6 Al АУМ, каждая антенна направлена на свой спутник Ymal-401 (90.0°E долготы), Express AT2 (140.0°E долготы), Express AM5 (140.0°E долготы). На антеннах установлены конверторы Quattro GT-QTC40 Ku диапазона частот (10700-12750 МГц). Конвертер преобразует этот сигнал в электрический и передает его на приемник (ресивер).

Искусственные спутники земли передают телеканалы вещателей по средствам высокочастотного спутникового цифрового сигнала формата DVB-S и DVB-S2.

Далее спутниковый мультиплексированный сигнал с конвертеров по коаксиальному кабелю(Cavel DG 163) передается на мультисвитчи Terra MR 532. Поскольку спутниковых антенн не много, а спутниковых приемников порядка 30, производится деление спутниковых сигналов приходящих на спутниковые приемники PBI-1500P-S2.

Спутниковые каналы могут транслироваться в открытом и зашифрованном виде. Для декодирования открытого сигнала достаточно настроиться на нужную спутниковую частоту с верными параметрами. Для декодирования закрытого спутникового канала, необходима карточка нужной кодировки и специальный CAM - модуль для дешифрования канала.

Цифровые спутниковые приемники обеспечивают раскодирование цифровых сигналов полученных с антенного поста и обеспечивают передачу материалов Стримеру/ мультиплексору.

Стример/мультиплексор - ключевой элемент Головной станции, предназначенный для трансляции по сетям IP каналов спутникового телевидения, обеспечивает демультиплексирование материалов и IP-вещание таким образом, что каждый канал имеет свой уникальный адрес и порт IP вещания.

Мультиплексированный сигнал IP (MPTS) передается на стример (стример - в виде сервера ПК на котором установлено спец ПО) по витой паре пятой категории. На этом сервере к сигналу IP(MPTS) добавляется программа передачи (EPG). На данном сервере происходит демультиплексирование IP пакетов и дальнейшее формирование и вещание широковещательного multicast потока по линии связи до абонентов.

Потребление предоставляемой абоненту услуги IPTV может осуществляться несколькими способами. Самый простой способ - использовать абонентскую приставку STB(Set-Top-Box).

Абонентское устройство является связующим звеном между системами формирования и доставки аудио и видеоматериалов и телевизором абонента. STB-устройство представляет собой миникомпьютер с операционной системой и WEB-браузером.

Приставка Set-Top-Box имеет интерфейс Ethernet для подключения к широкополосной сети, аналоговые, компонентные или цифровые выходы, в том числе HDMI) для подключения к телевизору, плазменной панели, проектору, аналоговые и SPDIF аудиовыходы, USB-порты для внешних устройств (например, USB IP-телефон, веб-камера, кардридер, устройства хранения данных). Инфракрасный пульт ДУ позволяет управлять STB и телевизором, опционально возможно использоват...