Математическая модель формирования Ш-ЦСИО

Аннотация

 

В данной дипломной работе производится разработка широкополосной сети доступа с технологией АТМ с использованием SDH кольца г. Иркутска.

Разрабатывается схема организации связи на проектируемой сети.

Разрабатываются показатели эффективности применения данного оборудования.

Введение

 

Телекоммуникация - одна из наиболее стремительно развивающихся сегодня отраслей, во многом определяющая лицо современного мира в целом и отдельной страны в частности.

Создание высокоэффективной телекоммуникационной среды является важнейшей национальной проблемой. Без ее решения проблематично построение информационного общества и внедрение в сферы производства, бизнеса, науки, образования, медицины, культуры и развлечений новейших информационных и телекоммуникационных технологий.

Однако существующие телекоммуникационные сети России обладают целым рядом недостатков, из которых основными являются их узкая специализация, отсутствие гибкости и адаптации к изменению требований пользователей, а также низкая эффективность использования сетевых ресурсов [2]

В настоящее время на первый план выходит задача предоставления современных услуг связи в соответствии с Концепцией развития связи в Российской Федерации до 2010 года [1], а также создания нормативной базы для внедрения новых услуг.

Сегодня к телекоммуникационным сетям предъявляются повышенные требования. Все больше пользователей стремятся получить увеличение их мощности и разнообразные услуги. Расширение видов сервиса требует более гибких методов передачи. Увеличение количества линий приводит к увеличению объема техобслуживания и повышению накладных расходов.

Развитие современных сетевых технологий, успехи в создании волоконно-оптических линий связи и сверхбольших интегральных схем с большой памятью и огромным быстродействием привели к разработке нового способа транспортирования информации, получившего наименование асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode, ATM). Появилась возможность на базе технологии АТМ создать единую телекоммуникационную систему – широкополосную цифровую сеть интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО) [2].

 

Причины создания Ш-ЦСИО

 

Анализ мирового опыта развития сетей связи показывает, что основными этапами перехода от аналоговых не интегрированных сетей к цифровым сетям с интеграцией служб является:

- развертывание цифровой сети;

- создание узкополосной цифровой сети интегрального обслуживания с коммутацией каналов для службы телефонии и с коммутацией пакетов для телематических служб на базе единого 64 кбит/с цифрового канала;

- построение широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания.

Преимущества цифровых сетей связи настолько очевидны, что замена аналоговых сетей цифровыми и создание интегральной цифровой сети осуществляется практически во всех странах мира. На этом этапе также сохраняются выделенные сети передачи данных, построенные как на принципах коммутации каналов, так и на принципах коммутации пакетов.

На следующем этапы развития продолжают функционировать узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания (УЦСИО), которые объединяют телефонную сеть и сети передачи данных с использованием основных цифровых каналов. На этом же этапе планировалось обеспечение передачи речи на абонентских соединительных линиях в цифровой форме.

На третьем этапе осуществляется переход ко второму поколению цифровых сетей интегрального обслуживания – широкополосным цифровым сетям (Ш-ЦСИО) [2]

Широкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания, как ее еще называют в литературе (B-ISDN) – это попытка предоставить одну, универсальную, широко распространенную и высокоскоростную сеть вместо множества сложных неоднородных существующих сетей. Эта новая сеть должна, с одной стороны выполнять все функции, возлагаемые на нынешние сети по передаче голоса, данных и телевизионных сигналов, а с другой стороны, обладать возможностью поддерживать будущие коммуникационные технологии.

B-ISDN – это высокоскоростная технология, использующая АТМ в качестве транспортного механизма. Она служит для объединения нескольких локальных сетей. В настоящее время технология B-ISDN привлекает к себе все большее внимание, так как она обеспечивает максимальную технико-экономическую эффективность. Это достигается за счет интеграции услуг, предоставляемых различными службами, например обычной узкополосной (факсы, терминалы и т.д.), так и высокоскоростной в реальном времени (телевидение, видеотелефоны и т.д.).

 

Модель ШЦСИО

 

Модель Ш-ЦСИО включает в свой состав три плоскости: плоскость пользователя, плоскость управления и плоскость менеджмента. Плоскость пользователя (U-plan) ответственной за транспортировку всех видов информации в соответствии с соответствующими механизмами защиты от ошибок, контроля и управления. Плоскость пользователя имеет уровневую структуру.

Плоскость управления (C-plane) определяет протоколы установления контроля и разъединение. Плоскость менеджмента (m-plan) обеспечивает функции менеджмента (управления) плоскостями обеспечивают координацию в ШЦСИО, связывая ее в единое целое. Функции управления уровнями решают задачи распределения сетевых ресурсов, согласования их с параметрами трафика, обработки информации, эксплуатации технического обслуживания и управления сетью. Управление уровнями имеет уровневую структуру.

 

 

Рекомендациями ССЭ МСЭ 1.321 и 1.413 определены уровни эталонной модели протоколов ШЦСИО. Физический уровень АТМ соответствует 1-му уровню эталонной модели ВОС. Уровень АТМ и часть уровня адаптации АТМ соответствует сетевому уровню и выше. Что позволяет возможным построение двух основных типов сетей на технологии АТМ:

- сети, состоящие из оконечных (терминальных) и промежуточных устройств только на технологии АТМ ("чистые АТМ");

- сети, использующие транспортную сеть, построенную на технологии АТМ, и терминальное оборудование различных современных телекоммуникационных технологий.

Технология АТМ

 

Технология АТМ обеспечивает:

- транспортирование всех видов информации (речи, музыки, подвижных и неподвижных изображений, данных) в виде пакетов фиксированной длины – ячеек;

- выделение пользователю в каждый момент времени только того ресурса пропускной способности сети, который ему необходим;

- поддержку интерактивных (диалоговых) служб и служб распределения информации, а также служб с установлением и без установления соединения;

- передачу как непрерывного, так и пачечного трафика, что за счет мультиплексирования позволяет эффективно использовать сетевые ресурсы.

Технология мультимедиа

 

В настоящее время с возрастающей потребностью и спросом на мультимедийные услуги назрел вопрос строительства мультисервисной сети в г. Иркутске. В следствии чего организуется ядро сети с использованием технологии АТМ пропускной способностью 155 Мбит/с, а в качестве транспортной сети используется существующая сеть SDH. Естественно одним ядром и магистралью не обойтись с внедрением широкополосного мультисервисного ядра и появлением все новых сервисов Интернет, спросом на рынке новых услуг таких как организация выделенных защищенных корпоративных сетей (VPN), подключение УПАТС, интегрированные на IP услуги телефонии и видеоконференций, а в дальнейшем при достижении критической массы пользователей мультисервисной сети и развитию контенпровайдеров услуги ТВ, радио (мультикастинг), видео по запросу. Все это требует наличия скоростного канала от клиента до ближайшего узла мультисервисной сети.

 

Основные службы услуг

На основе классов качества обслуживания Форум АТМ определил пять основных служб или услуг, предоставляемых сетью АТМ:

- передачу с постоянной скоростью (Constant Bit Rate – CBR);

- передачу в реальном времени с переменной скоростью (real-time Variable Bit Rate – rtVBR);

- передачу с неопределенной скоростью (Unspecified Bit Rate – UBR);

- передачу с доступной скоростью (Available Bit Rate – ABR).

Коммутатор и конечные станции в сети АТМ заключают соглашения по пропускной способности и задержкам в соединении до того момента, как оно будет установлено. То есть до установления соединения должно быть выполнено согласование трафика, или, иными словами, заключение соглашения, которое называется трафик контрактом.

Когда коммутатор получает запрос на установление виртуального соединения, он выполняет процедуру, называемую контролем за установлением соединения (Connection Admission Control, CAC). Коммутатор, выполняющий процедуру CAC, проверяет наличие доступных ресурсов в канале, или порте, через который поступил запрос на установление соединения. Требования, указанные в запросе, сравниваются с доступными ресурсами (пропускной способностью, вариацией задержки и т.д.) этого порта коммутатора. Если коммутатор не способен поддержать выдвигаемые требования, он блокирует процесс соединения, генерирует специальный ответ и возвращает его отправителю или предыдущему коммутатору в пути. Версии пользовательского интерфейса UNI 3.0/3.1 позволяют приложениям запрашивать определенный класс обслуживания во время установления виртуального соединения. Приложения при запросе класса обслуживания должно указать характеристики трафика, которые ему нужны. К таким характеристикам относятся пиковая и средняя скорости передачи ячеек, терпимость к дрожанию и т.д. Классы обслуживания, которые устанавливаются административно, определяют конкретное качество обслуживания, например: максимально допустимую задержку и коэффициент потери ячеек. Сеть будет игнорировать запрос на установление соединения, если требуемый класс обслуживания не может быть поддержан (не затрагивая уже существующее соединения). Приложение может повторить свой запрос позже, требуя тот же самый или другой класс обслуживания. Следует отметить, что после установления соединения оговоренный класс обслуживания не может быть изменен.

 

Уровни адаптации

Уровень адаптации АТМ отвечает за взаимодействие между уровнем АТМ и более высокими уровнями. При перемещении информации вниз в модели АТМ уровень адаптации разбивает пользовательскую информацию на единицы данных длиной до 48 байт, которые затем используются для формирования поля полезной нагрузки ячейки АТМ. На пути вверх в модели АТМ происходит сборка поступающих ячеек, при которой происходит восстановление пользовательской информации

На уровне адаптации могут происходить различные процессы, которые напрямую зависят от типа трафика в сети. Введение этого уровня позволяет сделать сеть не зависящей от вида трафика. Уровень ограждает верхние и нижние уровни от несвойственных им функций. Так, например, он позволяет снять с коммутаторов функции фрагментации и сборки, передав их на конечные станции. Уровень адаптации состоит из двух подуровней: подуровня схождения (Convergence Sublayer, CS) и подуровня сегментации и сборки (Segmentation and Reassembie, SAR).

Разные виды трафика предъявляют разные требования к сети. Например, при передаче аудиоинформации требуется постоянный поток; видео информация критична к временным задержкам; передача данных обычно носит непостоянный характер и допускает некоторые задержки и т.д. Различные уровни адаптации АТМ предназначены именно для предоставления возможности любому виду трафика передаваться с теми характеристиками, которые ему необходимы. Введены несколько уровней адаптации:

- AAL1;

- AAL3/4;

- AAL5

Помимо перечисленных уровней существует уровень AAL2, который был разработан с целью обеспечения переменной скорости для синхронного, чувствительного к задержкам трафика со сжатым видео. В настоящее время эта функция выполняется

Уровень адаптации АТМ состоит из четырех протоколов (называемых протоколами AAL)

Для наглядности уровень адаптации АТМ можно представить так, как показано на рисунке 3.3.3.1

 

 

Каждый уровень адаптации характеризуется двумя основными параметрами: скоростью передачи (постоянная или переменная) и режимом соединения (с установлением или без установления виртуального соединения).

Постоянная скорость передачи используется в приложения, требующих согласования между отправителем и получателем и не допускающих задержек, - например. Передача голоса. Переменная скорость позволяет адаптироваться к требованиям приложения. Такой режим идеально подходит для передачи данных, которая терпима к задержкам.

Режим с установлением соединения использует детерминированный метод доступа, похожий на телефонный вызов, где соединение устанавливается после вызова и сохраняется до окончания разговора. Для установления соединения используются специальные ячейки, содержащие адресную информацию. Установление соединения использую уровнями AAL3/4, AAL5 и работает совместно с протоколом эмуляции локальных сетей.

Физический уровень

Физический уровень является самым нижним уровнем в модели АТМ и определяет физический интерфейс, через который работает уровень АТМ. Иными словами это интерфейс между потоком ячеек и физической средой передачи. Данный уровень берет на себя заботу о контроле за ошибками, согласовании скоростей передачи, упаковку ячеек в соответствующие транспортные кадры. Как следствие, следующий уровень – уровень АТМ – полностью не зависит от используемого механизма передачи. Физический уровень в модели АТМ делится на два подуровня: подуровень согласования с системой передачи и подуровень физической среды.

В настоящее время определено несколько скоростей передачи для АТМ – от 1.544 Мбит/с до 2.4 Гбит/с. Основное различие между спецификациями для локальных и глобальных сетей состоит, в основном, в физической среде передачи. Интерфейсы глобальной сети основаны на одномодовом оптоволоконном или коаксиальном кабелях, в то время как для интерфейсов локальной сети рекомендовано использование многомодового оптоволоконного кабеля и витой пары.

Уровень АТМ

Функции уровня АТМ полностью не зависят от процессов, происходящих на физическом уровне. Основная задача этого уровня состоит в подготовке данных, получаемых с уровня адаптации АТМ, для передачи в сеть. По сути дела, уровень АТМ организует транспортный механизм. Информационными единицами на данном уровне являются ячейки. К ячейкам данных по 48 байт, получаемых с уровня адаптации АТМ, на этом уровне добавляются заголовок с идентификатором виртуального соединения.

 

Общие положения

 

Для установления коммутируемых виртуальных соединений в сети АТМ необходимо каждому интерфейсу подключение оборудования АТМ к сети АТМ назначить адрес АТМ оконечной системы AESA (ATM End System Address). В качестве базового формата AESA используется структура адреса Netwok Service Access point (NSAP), разработанная для открытых систем. На основе NSAP Форум АТМ специфицировал три вариантаAESA: NSAP E.164, NSAP DCC (Data Country Code), NSAP ICD (International Code Designator). Эти форматы AESA зависят от международной организации, ответственной за выделение идентифицирующих кодов организаций или стран, регулирующих адреса АТМ в национальных сетях.

В формате NSAP E.164 идентифицирующие коды для этого формата выделяются МСЭ-Т. Для нумерации сетевых объектов используется формат номера в соответствии с Рекомендацией МСЭ-T E.164.

В формате NSAP DCC идентифицирующие коды выделяются ISO.

В формате NSAP ICD идентифицирующие коды выделяются Институтом стандартов Великобритании.

В рекомендациях МСЭ-Т предусматривается использование в сети АТМ двух из указанных форматов AESA: NSAP E.164 и NSAP DCC.

 

Объемы услуг и доходы

 

Тарифные доходы приведены в форме 1 и включают в себя предоставление новых видов услуг юридическим и физическим лицам, а также сдача каналов в аренду. Доходы определены по средним доходным таксам за за отчетный период по утвержденным тарифам на предоставление доступа и абонентское обслуживание местной сети, вводимыми с 01.02.2002 г. (приведены в соответствующих таблицах).

 

Таблица 1 – Исходные данные

Наименование	Единица	Значение
показателей	измерения	показателей
1	2	3
Раздел 1
1 Объем услуг (на конец проектного периода):
Сеть доступа с использованием SDH	сеть	1
2 Ввод мощностей на конец периода проектирования:
Сеть доступа с использованием SDH	сеть	1
3 Удельные капитальные вложения:
Сеть доступа с использованием SDH	млн. руб.	54,414
Раздел 2
1 Капитальные вложения по проекту,
переходящие в ОПФ предприятия	млн.руб.	52,78
2 Ставка налога на добавленную стоимость	%	20
3 Коэффициент для величины нормируемых оборотных
средств	отн.пок.	0,021
4 Коэффициент для величины отчислений от фонда	отн.пок.	0,359
оплаты труда
5 Средняя норма амортизационных отчислений на	отн.пок.	0,100
проектируемые сооружения
6 Аренда технических средств	отн.пок.	0,15
7 Коэффициент соотношения текущих издержек и доходов	отн.пок.	0,25
8 Источники финансирования:
из них собственные средства	млн.руб.	45,80
в т.ч. наличие на начало реализации проекта	млн.руб.	45,80
9 Ставка налога на имущество	%	2
10 Ставка налога на прибыль	%	24
11 Коэффициент для величины прочих отвлечений из
чистой прибыли	отн.пок.	0,00
12 Выбытие основных производственных фондов
(демонтируемое оборудование)	млн.руб.	0,00
13 Норма дисконта	%	15

 

Освещение

 

Так как при работе с компьютером большая нагрузка приходится на глаза, то необходимо уделять внимание освещению.

Работа с ПК часто происходит в помещение с искусственным освещением, которое должно обеспечивать правильную работу глаз и приближать к оптимальным условиям зрительное восприятие.

Не следует работать с компьютером в темном или полутемном помещении, так же следует избегать большого контраста между яркостью экрана и окружающего пространства.

Пространство в помещениях с ПК должно быть смешанным: естественным, за счет солнечного света, и искусственным. Источники света необходимо равномерно распределять по комнате. При работе оператора с компьютером и документами на рабочем месте необходимо устанавливать источники местного освещения. Рабочее место с ПК должно располагаться по отношению к оконным проемам таким образом, чтобы естественный свет падал сбоку, предпочтительнее слева.

 

Заключение

 

Решение на основе технологии АТМ удовлетворяет всем требованиям. Обеспечивается качество услуг и возможность единым образом передавать разнородный трафик. При этом стирается традиционное разделение сети на LAN-овскую и WAN-овскую компоненты. В проекте сети использовался минимальный ассортимент однородного оборудования.

Следует отметить, что построенная сеть АТМ послужит основой для использования в интересах сторонних организаций, т.е. можно говорить об окупаемости проекта в коммерческом смысле.

Логическая схема сети структурно представляет собой гибридный вариант, сочетающий кольцеобразную высокоскоростную магистраль с древовидными узлами. Подобная схема позволяет максимально эффективно использовать возможности технологии АТМ по "свободному" проектированию структуры сети для повышения надежности и живучести сети в целом, с одной стороны, и удобства обслуживания в сочетании с высокой пропускной способностью – с другой. Для безболезненного перехода на АТМ необходимо сохранить средства, вложенные в имеющееся сетевое программное обеспечение, аппаратное и программное обеспечение для АТМ сетей должно быть совмещено со всеми существующими сетевыми технологиями, протоколами и приложениями. оборудование. Комплексное решение с применением оборудования компании Fore Systems обеспечивает поддержку любых существующих протоколов посредством эмуляции ЛВС. Благодаря этой особенности АТМ сеть с точки зрения таких приложений выглядит точно так же, как и традиционные ЛВС, и пользователи получают возможность продолжать работу с этими приложениями без каких-либо изменений.

 

Библиография

 

1. Булгак В.Б., Варакин Л.Е., Ивашкевич Ю.К.: Концепция развития связи в Российской Федерации. – М.: Радио и связь, 1995. – 224 с.

2. Бурлак Г.Н. Безопасность работы на компьютере: Организация труда на предприятиях информационного обслуживания. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 144с.

3. Кульгин М.: Технологии корпоративных сетей: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 1999. – 704с.

4. Назаров А.Н., Разживин И.А. АТМ: Технические решения создания сетей. – М.: Горячая линия - Телеком, 2001. – 376 с.: ил.

5. Назаров А.Н., Симонов Н.В.: АТМ: Технология высокоскоростных сетей. – М.: Эко-Трендз, 1999. – 252 с.

6. Новиков С.Н., Математическая модель маршрутизации на широкополосных цифровых сетях интегрального обслуживания // Материалы международного семинара " Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций". – Новосибирск, 2000. – с.65-68.

 

Приложение А (рекомендуемое)

Аннотация

 

В данной дипломной работе производится разработка широкополосной сети доступа с технологией АТМ с использованием SDH кольца г. Иркутска.

Разрабатывается схема организации связи на проектируемой сети.

Разрабатываются показатели эффективности применения данного оборудования.

Введение

 

Телекоммуникация - одна из наиболее стремительно развивающихся сегодня отраслей, во многом определяющая лицо современного мира в целом и отдельной страны в частности.

Создание высокоэффективной телекоммуникационной среды является важнейшей национальной проблемой. Без ее решения проблематично построение информационного общества и внедрение в сферы производства, бизнеса, науки, образования, медицины, культуры и развлечений новейших информационных и телекоммуникационных технологий.

Однако существующие телекоммуникационные сети России обладают целым рядом недостатков, из которых основными являются их узкая специализация, отсутствие гибкости и адаптации к изменению требований пользователей, а также низкая эффективность использования сетевых ресурсов [2]

В настоящее время на первый план выходит задача предоставления современных услуг связи в соответствии с Концепцией развития связи в Российской Федерации до 2010 года [1], а также создания нормативной базы для внедрения новых услуг.

Сегодня к телекоммуникационным сетям предъявляются повышенные требования. Все больше пользователей стремятся получить увеличение их мощности и разнообразные услуги. Расширение видов сервиса требует более гибких методов передачи. Увеличение количества линий приводит к увеличению объема техобслуживания и повышению накладных расходов.

Развитие современных сетевых технологий, успехи в создании волоконно-оптических линий связи и сверхбольших интегральных схем с большой памятью и огромным быстродействием привели к разработке нового способа транспортирования информации, получившего наименование асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode, ATM). Появилась возможность на базе технологии АТМ создать единую телекоммуникационную систему – широкополосную цифровую сеть интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО) [2].

 

Причины создания Ш-ЦСИО

 

Анализ мирового опыта развития сетей связи показывает, что основными этапами перехода от аналоговых не интегрированных сетей к цифровым сетям с интеграцией служб является:

- развертывание цифровой сети;

- создание узкополосной цифровой сети интегрального обслуживания с коммутацией каналов для службы телефонии и с коммутацией пакетов для телематических служб на базе единого 64 кбит/с цифрового канала;

- построение широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания.

Преимущества цифровых сетей связи настолько очевидны, что замена аналоговых сетей цифровыми и создание интегральной цифровой сети осуществляется практически во всех странах мира. На этом этапе также сохраняются выделенные сети передачи данных, построенные как на принципах коммутации каналов, так и на принципах коммутации пакетов.

На следующем этапы развития продолжают функционировать узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания (УЦСИО), которые объединяют телефонную сеть и сети передачи данных с использованием основных цифровых каналов. На этом же этапе планировалось обеспечение передачи речи на абонентских соединительных линиях в цифровой форме.

На третьем этапе осуществляется переход ко второму поколению цифровых сетей интегрального обслуживания – широкополосным цифровым сетям (Ш-ЦСИО) [2]

Широкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания, как ее еще называют в литературе (B-ISDN) – это попытка предоставить одну, универсальную, широко распространенную и высокоскоростную сеть вместо множества сложных неоднородных существующих сетей. Эта новая сеть должна, с одной стороны выполнять все функции, возлагаемые на нынешние сети по передаче голоса, данных и телевизионных сигналов, а с другой стороны, обладать возможностью поддерживать будущие коммуникационные технологии.

B-ISDN – это высокоскоростная технология, использующая АТМ в качестве транспортного механизма. Она служит для объединения нескольких локальных сетей. В настоящее время технология B-ISDN привлекает к себе все большее внимание, так как она обеспечивает максимальную технико-экономическую эффективность. Это достигается за счет интеграции услуг, предоставляемых различными службами, например обычной узкополосной (факсы, терминалы и т.д.), так и высокоскоростной в реальном времени (телевидение, видеотелефоны и т.д.).

 

Математическая модель формирования Ш-ЦСИО

 

Представим анализируемую модель в виде графа G (A, L) с множеством вершин

 

A ={ a₁…a _i … a _s } = { a _i }, i = ,

 

которые соответствуют узлам коммутации, либо коммутаторам виртуальных каналов, и с множеством ребер

 

L ={ l _i,j }, i,j = , i ¹ j которые соответствуют ТПС.

 

В трактах передачи сообщений (ТПС) l_i,j имеется k _i,j виртуальных каналов, которые можно представить матрицей каналов

 

, i, j= , i ¹ j

Структуру сети можно представить:

матрицей тяготений

 

, r -вид сервиса,

 

матрицей скоростей

 

 

Поиск маршрута между исходящим и входящим коммутаторами местных виртуальных каналов (КМВК) для r -ого сервиса осуществляется методом маршрутизации M_r.

Считаем, что ПРИ для каждого r -ого вида сервиса может быть свой, заданный в виде набора векторов:

 

,

,

;

 

где n - текущее значение H,

H – количество исходящих ТПС из j-ого узла.