Расчет и проектирование сетевого оборудования NGNIMS. ПЗ. 1 Проектирование распределенного абонентского
 Скачать 1.78 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ NGN (сеть следующего поколения) представляет собой универсальную многоцелевую сеть, предназначенную для передачи речи, изображений и данных с использованием коммутации пакетов. Сеть NGN обеспечивает качество обслуживания, необходимое для различных видов телекоммуникационного трафика. Особенностью сетей является то, что передача и маршрутизация пакетов и элементы оборудования передачи (каналы, маршрутизаторы, коммутаторы, шлюзы) физически и логически отделены от устройств и логики управления вызовами и услугами. Использующаяся в сети логика поддерживает все типы услуг в сети с коммутацией пакетов, начиная от базовой телефонной связи и заканчивая передачей данных, изображений, мультимедийной информации, широкополосными приложениями и приложениями управления. Сети NGN обладают следующими характеристиками: - Адаптируемость для передачи трафика любого вида, что можно сравнить с адаптируемостью сети интернет в противоположность отсутствию гибкости ТфОП в передаче данных. - Гарантированное качество голосовой связи и критически важных приложений передачи данных. В этом случае сеть NGN обладает надежностью ТфОП в противоположность негарантированному качеству связи сети интернет. - Низкая стоимость передачи в расчете на единицу объема информации приближается к стоимости передачи данных в сети интернет, а не ТфОП (общий объем трафика данных и голосового трафика каждый год утраивается). 1 Проектирование распределенного абонентского концентратора1.1 Разработка схемы организации связи  Рисунок 1.1 – Шлюз доступа в сети NGN 1.2 Расчет шлюза доступаДля расчета шлюза необходимо определить нагрузку, поступающую от различных абонентов на шлюз доступа. Нагрузка от каждого вида абонентов определяется по формуле  где N – число пользовательских каналов рассчитываемого вида абонентов; y - удельная нагрузка на линию, подключающую пользователей. Согласно исходным данным: ypstn= 0,1Эрл–удельная нагрузка на линию абонента ТфОП в ЧНН, yISDN= 0,2Эрл–удельная нагрузка на линию абонентаISDNв ЧНН, ysh= 0,2Эрл–удельная нагрузка на линию абонента,использующего терминалы SIP/ H.323 в ЧНН, yi_v5 = 0,8Эрл–удельная нагрузка на линию,подключающую УПАТС по интерфейсу V5 (соединительная линия), Ym_pbx = 0,8Эрл–удельная нагрузка на линию,подключающую УПАТС по PRI (соединительная линия). Общая нагрузка от абонентов ТфОП:  Эрл, - абоненты, использующие аналоговые абонентские линии, которые включаются в шлюз доступа (RAGW);Общая нагрузка от абонентов ISDN:  Эрл, - абоненты, использующие линии базового доступа ISDN, которые включаются в RAGW;Нагрузка оборудования доступа j интерфейса V5:  Эрл, - число пользовательских каналов в интерфейсе V5j, где j – номер сети доступа.В нашем случае через интерфейс V5 подключено 4 сети, то есть общая нагрузка создаваемая оборудованием, подключенным через интерфейс V5 равна:  Эрл,Нагрузка от УПАТС m:  Эрл,где  - число пользовательских каналов, подключаемых к одной УПАТСm , где m - номер УПАТС.Общая нагрузка, поступающая на транкинговый шлюз, к которому подключено оборудование УПАТС:  Эрл,Общая нагрузка, поступающая на шлюз:  Эрл,Для данного проекта выберем оборудование компании Iskratel. SI3000 MSAN - мультисервисная платформа доступа. SI3000 MSAN - это экономичная, универсальная, мультисервисная платформа доступа для передачи потоков данных, голоса и видео. Это - "бестселлер" Iskratel в сфере продуктов доступа. Эта мультисервисная платформа операторского класса удовлетворит все ваши требования по каждой услуге, необходимой в сетях доступа. Ее модульная гибкая структура - наилучшее средство одновременного сокращения капитальных и операционных затрат. Платформа SI3000 MSAN обеспечивает простую и эффективную миграцию от существующих сетей к новым сетям на основе IP. SI3000 MSAN управляется через централизованную систему управления сетью.В качестве оборудования абонентского доступа выступает MSAN, в который входит платформа MEA 20 секции 9U, с 20 слотами для монтажа в стативе ETSI SI3000 MSAN устанавливается в ETSI-корпуса глубиной всего лишь 23 см, что позволяет реализовать сдвоенную установку стативов (по схеме back-to-back). Плата POTS с 64 абонентскими портами и плата ADSL2+ с 48 абонентскими портами имеют самую плотную компоновку интерфейсов из всех плат аналогичного типа, существующих в настоящее время на мировом рынке.Максимальное количество портов на 1 платформу MEA 20: POTS = 1216, портов ISDN = 304, портов для подключения V5 =2 , количество портов для подключения PBX = 1. Исходя из количества портов различных типов, необходимо поставить 10 платформ MEA 20 и 4 статива ETSI. Схема распределения подключения абонентов приведена на рисунке 1.2. Для каждого из сетевых элементов составим следующую таблицу, в которой проводится сравнение максимальных значений параметров подключения, предусмотренных для этого оборудования, и того реального количества подключенных абонентов, которое мы рассчитываем осуществить. Для шлюза GW1, GW2
Для шлюза GW3, GW4, GW5
Для шлюза GW6, GW7
Для шлюза GW8, GW9
Для шлюза GW10
 Рисунок 1.2 - Схема распределения подключения абонентов. 1.3 Расчет оборудования гибкого коммутатора Программный коммутатор (CS) служит для взаимосвязи сетевых элементов NGN, шлюза доступа (AGW), шлюза сигнализации и медиа-шлюза (SMG), а также сервера приложений (AS) и медиа-сервера (MS). Программный коммутатор обеспечивает предоставление основных и дополнительных услуг с использованием различных протоколов сигнализации для обслуживания пользователей с различным терминальным оборудованием. Он может применяться в коммутаторах различных уровней - от класса 5 (коммутатор локального уровня) до класса 4 (коммутатор транзитного уровня). Программный коммутатор разработан на основе двух открытых аппаратных платформ массового производства: PCI (MEA) или стандартной ATCA, разработанных для построения систем связи NGN операторского класса. Для коммутатора доступа
Согласно условиям задания в рассматриваемом шлюзе следующие процентное соотношение использования различных кодеков: 20% вызовов – кодек G.711; 20% вызовов – кодек G.723 I/r; 30% вызовов – кодек G.723 h/r; 30% вызовов – кодек G.729 А. Рассчитаем скорости, с которыми будет передаваться пользовательская информация при условии использования кодеков разных типов. Полоса пропускания, которая понадобится для передачи информации при условии использования кодека типа m, определяется следующим образом: V tranc_ cod =k  VCOD_mгде k – коэффициент избыточности, который рассчитывается для каждого кодека отдельно, как отношение общей длины кадра к размеру речевого кадра. Значения коэффициента k и скорости кодеков возьмем из таблицы. Таблица 2.1 – Голосовые кодеки
Тогда, скорости, с которыми будет передаваться пользовательская информация, с учетом использования кодеков разных типов: Для кодека G. 711 Vtranc_cod = 134/80·64 = 107,2 (кбит/с) Для кодека G. 723.1 I/r Vtranc_cod = 74/20·6,4 = 23,68 (кбит/с) Для кодека G. 723.1 h/r Vtranc_cod = 78/24·5,3 = 17,225 (кбит/с) Для кодека G. 729 Vtranc_cod = 64/10·8 = 51,2 (кбит/с) Рассчитаем, какая нагрузка поступает на каждый шлюз. Шлюз GW1 Нагрузка, поступающая на шлюз 1: YGW1=YPSTN+YISDN+YPBX+YV5=yPSTN·NPSTN+yISDN·NISDN+yPBX·NPBX+yV5·NV5 YGW1 = 0,1·1216+ 0,2·100+0,8·140+0,8·120 = 121,6+20+112+96=349,6 Эрл. При этом данная нагрузка обрабатывается разными кодеками, их процентное соотношение было приведено выше. Для кодека G. 711 YGW1 = 349,6· 0,2 = 69,92Эрл. Для кодека G. 723.1 I/r YGW1 = 349,6· 0,2 = 69,92Эрл. Для кодека G. 723.1 h/r YGW1 = 349,6· 0,3 = 104,88 Эрл. Для кодека G. 729 YGW1 = 349,6· 0,3 = 104,88 Эрл. При проектировании будем описывать шлюз последовательно двумя разными математическими моделями: система массового обслуживания с потерями, система массового обслуживания с ожиданием. При помощи первой модели, мы определим, какое количество соединений будет одновременно обслуживаться проектируемыми шлюзами, а при помощи второй определим характеристики канала передачи данных, необходимые для передачи пользовательского трафика с требуемым качеством обслуживания. СМО с потерями. Для предоставления услуг пользователям жестко определены параметры QoS для каждого типа вызовов, и в случае, если заявка не может быть обслужена с требуемым качеством, она отбрасывается. Таким образом, потери в данной системе – это те вызовы, которые не могут быть обслужены ввиду отсутствия требуемого ресурса (определенного типа кодирования) для передачи данных. В связи с тем, что информация на шлюзе обрабатывается при помощи различных кодеков, она поступает в сеть с разной скоростью, и расчет исходящих каналов производится для каждого типа кодека отдельно. Таким образом, мы делим СМО на логические части по количеству используемых кодеков и рассчитываем при помощи описанного ниже алгоритма общую скорость канала без учета QoS передачи трафика по сети передачи данных. Пользуясь калькулятором Эрланга, определим число соединений, необходимое для обслуживания нагрузки, обрабатываемой кодеком определенного типа (x), с условием что ρ (вероятность потери вызовов)=0,25: Для кодека G. 711: Х=56; Для кодека G. 723.1 I/r: Х=56; Для кодека G. 723.1 h/r: Х=82; Для кодека G. 729: Х=82. Таким образом, транспортный поток на выходе кодека G. 711: VC(G_ 711)= 56 ·107,2 = 6003,2 кбит/с. Для других кодеков рассчитываем потоки аналогично: VC(G. 723.1I/r)= 56 · 23,68 = 1320,48 кбит/с, VC(G. 723.1h/r)= 82 · 17,225 = 1412,45 кбит/с, VC(G. 729)= 82· 51,2 = 4198,4 кбит/с, Тогда транспортный поток на выходе рассчитываемого шлюза: VGW1= 6003,2+1320,48+1412,45+4198,4=12934,53 кбит/с. Нанесем полученные результаты на схему шлюза.  Рисунок 1.3 - Результаты расчета для первого шлюза Аналогично рассчитаем остальные шлюзы. Шлюз GW2 имеет такие же входные данные, что и GW1, поэтому расчеты и рисунок совпадают с GW1. Шлюз GW3 Нагрузка, поступающая на шлюз 3 равна YGW3=YPSTN+YISDN+YPBX+YV5=yPSTN·NPSTN+yISDN·NISDN+yPBX·NPBX+yV5·NV5 YGW3 = 0,1·1216+ 0,2·100+0,8·120= 121,6+20+96=237,6 Эрл. Для кодека G. 711 YGW3 = 237,6 · 0,2 = 47,52Эрл. Для кодека G. 723.1 I/r YGW3 = 237,6 · 0,2 = 47,52Эрл. Для кодека G. 723.1 h/r YGW3 = 237,6 · 0,3 = 71,28 Эрл. Для кодека G. 729 YGW3 = 237,6 · 0,3 = 71,28 Эрл. Для кодека G. 711: Х=39; Для кодека G. 723.1 I/r: Х=39; Для кодека G. 723.1 h/r: Х=57; Для кодека G. 729: Х=57. Таким образом, транспортный поток на выходе кодека G. 711: VC(G_ 711)= 39 ·107,2 = 4180,8 кбит/с. Для других кодеков рассчитываем потоки аналогично: VC(G. 723.1I/r)= 39 · 23,68 = 923,52 кбит/с, VC(G. 723.1h/r)= 57 · 17,225 = 981,825 кбит/с, VC(G. 729)= 57· 51,2 = 2918,4 кбит/с, Тогда транспортный поток на выходе рассчитываемого шлюза: VGW3= 4180,8 +923,52+981,825+2918,4 = 9004,545 кбит/с. Нанесем полученные результаты на схему шлюза.  Рисунок 1.4 - Результаты расчета для третьего шлюза Шлюз GW4 и 5 имеют такие же входные данные, что и GW3, поэтому расчеты и рисунок совпадают с GW3. Шлюз GW6 Нагрузка, поступающая на шлюз 6 равна YGW6=YPSTN+YISDN+YPBX+YV5=yPSTN·NPSTN+yISDN·NISDN+yPBX·NPBX+yV5·NV5 YGW6 = 0,1·1216+ 0,2·100= 121,6+20=141,6 Эрл. Для кодека G. 711 YGW6 = 141,6 · 0,2 = 28,32Эрл. Для кодека G. 723.1 I/r YGW6 = 141,6 · 0,2 = 28,32Эрл. Для кодека G. 723.1 h/r YGW6 = 141,6 · 0,3 = 42,48 Эрл. Для кодека G. 729 YGW6 = 141,6 · 0,3 = 42,48 Эрл. Для кодека G. 711: Х=24; Для кодека G. 723.1 I/r: Х=24; Для кодека G. 723.1 h/r: Х=35; Для кодека G. 729: Х=35. Таким образом, транспортный поток на выходе кодека G. 711: VC(G_ 711)= 24 ·107,2 = 2572,8 кбит/с. Для других кодеков рассчитываем потоки аналогично: VC(G. 723.1I/r)= 24 · 23,68 = 568,32 кбит/с, VC(G. 723.1h/r)= 35 · 17,225 = 602,875 кбит/с, VC(G. 729)= 35· 51,2 = 1792 кбит/с, Тогда транспортный поток на выходе рассчитываемого шлюза: VGW6= 2572,8+568,32+602,875+1792 = 5535,995 кбит/с. Нанесем полученные результаты на схему шлюза.  Рисунок 1.5 - Результаты расчета для шестого шлюза Шлюз GW7 имеет такие же входные данные, что и GW6, поэтому расчеты и рисунок совпадают с GW6. Шлюз GW8 Нагрузка, поступающая на шлюз 8 равна YGW8=YPSTN+YISDN+YPBX+YV5=yPSTN·NPSTN+yISDN·NISDN+yPBX·NPBX+yV5·NV5 YGW8 = 0,1·900=90 Эрл. Для кодека G. 711 YGW8 = 90 · 0,2 = 18Эрл. Для кодека G. 723.1 I/r YGW8 = 90 · 0,2 = 18Эрл. Для кодека G. 723.1 h/r YGW8 = 90 · 0,3 = 27 Эрл. Для кодека G. 729 YGW8 = 90 · 0,3 = 27 Эрл. Для кодека G. 711: Х=16; Для кодека G. 723.1 I/r: Х=16; Для кодека G. 723.1 h/r: Х=23; Для кодека G. 729: Х=23. Таким образом, транспортный поток на выходе кодека G. 711: VC(G_ 711)= 16 ·107,2 = 1715,2 кбит/с. Для других кодеков рассчитываем потоки аналогично: VC(G. 723.1I/r)= 16 · 23,68 = 378,88 кбит/с, VC(G. 723.1h/r)= 23 · 17,225 = 396,175 кбит/с, VC(G. 729)= 23· 51,2 = 1177,6 кбит/с. Тогда транспортный поток на выходе рассчитываемого шлюза: VGW8= 1715,2+378,88+396,175+1177,6 = 3667,855 кбит/с. Нанесем полученные результаты на схему шлюза.  Рисунок 1.6 - Результаты расчета для 8 шлюза Шлюз GW9 имеет такие же входные данные, что и GW8, поэтому расчеты и рисунок совпадают с GW8. Шлюз GW10 Нагрузка, поступающая на шлюз 10 равна YGW10=YPSTN+YISDN+YPBX+YV5=yPSTN·NPSTN+yISDN·NISDN+yPBX·NPBX+yV5·NV5 YGW10= 0,1·688 =68,8 Эрл. Для кодека G. 711 YGW10 = 68,8 · 0,2 = 13,76Эрл. Для кодека G. 723.1 I/r YGW10=68,8 · 0,2 = 13,76Эрл. Для кодека G. 723.1 h/r YGW10 = 68,8 · 0,3 = 20,64 Эрл. Для кодека G. 729 YGW10 = 68,8 · 0,3 = 20,64 Эрл. Для кодека G. 711: Х=13; Для кодека G. 723.1 I/r: Х=13; Для кодека G. 723.1 h/r: Х=18; Для кодека G. 729: Х=18. Таким образом, транспортный поток на выходе кодека G. 711: VC(G_ 711)= 13 ·107,2 = 1393,6 кбит/с. Для других кодеков рассчитываем потоки аналогично: VC(G. 723.1I/r)= 13 · 23,68 = 307,84 кбит/с, VC(G. 723.1h/r)= 18 · 17,225 = 310,05 кбит/с, VC(G. 729)= 18· 51,2 = 921,6 кбит/с, Тогда транспортный поток на выходе рассчитываемого шлюза: VGW10= 1393,6+307,84+310,05+921,6 = 2933,09 кбит/с. Нанесем полученные результаты на схему шлюза.  Рисунок 1.7 - Результаты расчета для 10 шлюза Рассчитаем общий транспортный поток в интерфейсе подключения шлюзов к коммутатору доступа: V = 12934,53+12934,53+9004,545+9004,545+9004,545+5535,995+ +5535,995+3667,855+3667,855+2933,09=74223,485 кбит/с. СМО с ожиданием. Перейдем к рассмотрению СМО с ожиданием. В качестве СМО с ожиданием рассматривается тракт передачи данных (от шлюза до коммутатора доступа). На вход СМО с ожиданием со шлюза поступают пакеты с интенсивностью λ. Т.к. в зависимости от типа используемых кодеков пакеты попадают в сеть с различной скоростью, то параметр λ необходимо рассчитать для каждого типа используемого кодека:  ,где  - скорость передачи кодека, рассчитанная ранее; - общая длина кадра соответствующего кодека.Определим λ для каждого вида кодека: λG.711 = 107,2/134 = 0,8; λG.723.1 I/r = 23,68/74 = 0,32; λG.723.1 h/r=17,225/78 = 0,22; λG.729=51,2/64 = 0,8; Общая интенсивность поступления пакетов в канал: λ =  ,где N – число используемых кодеков λ = 0,8 + 0,32 + 0,22 + 0,8 = 2,14. Задержка, вносимая каналом при поступлении пакетов: S(1) = 1/(µ - λ), где λ – суммарная интенсивность поступления заявок от всех каналов, μ – интенсивность обслуживания. Вне зависимости от размера пакета все они обслуживаются одинаково. Предельно допустимая задержка доставки пакета IP от одного пользователя коммерческих услуг VoIP к другому не должна превышать 100 мс. Задержку при передаче пакета вносят все сегменты соединения (сеть доступа, магистральная сеть и т.п.). Приблизительно можно считать вклад каждого сегмента одинаковым. Зная величину допустимой задержки и интенсивность поступления заявок (пакетов), можно рассчитать интенсивность обслуживания заявок в канале, после чего определить допустимую загрузку канала: ρ = λ / µ Отсюда µ = 1/100 +2,14 = 2,15 и нагрузка канала ρ = 2,14/2,15 = 0,995 Зная транспортный поток, поступающий в канал и то, что этот поток должен загрузить канал на величину ρ, определим общую требуемую пропускную способность канала τ: τ = V / ρ τ = 74223,485/0,995 = 74596,5 кбит/с. Рассчитаем общее количество абонентов, подключенных при помощи сетей LAN, PBX и V5: NV5 = J · Nj_V5 = 4·70= 280, NPBX = M · Nm_PBX = 5·120 = 600, NLAN = I· Ni_LAN = 6·20 =120. В коммутаторе доступа для обмена сообщениями протокола MEGACO, используемого для управления шлюзом, должен быть предусмотрен транспортный ресурс, который определяется формулой: VMEGACO = ksig[(PТфОП·NТфОП + PISDN·NISDN + PV5·NV 5 + PPBX·NPBX ) ·LMEGACO·NMEGACO], где PТфОП – удельная интенсивность потока вызовов в ЧНН от абонентов, использующих доступ по аналоговой телефонной линии; PISDN – удельная интенсивность потока вызовов от абонентов, использующих базовый доступ ISDN; PV5 – удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсивность потока вызовов от абонентов, подключаемых к пакетной сети через сети доступа интерфейса V5; PPBX – удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсивность потока вызовов от УАТС, подключаемых к пакетной сети; PSH – удельная интенсивность потока вызовов от абонентов, использующих терминалы SIP, H.323 (используется для терминалов, подключаемых как прямо к станции, так и при помощи LAN); ksig – коэффициент использования транспортного ресурса при передаче сигнальной нагрузки. Этот коэффициент показывает величину, обратную той части времени, которая отводится из всего сеанса связи для передачи сигнальной информации: ksig = T /  В данном курсовом проектировании принимаем ksig =5, что соответствует нагрузке в 0,2 Эрл (т.е. одна пятая часть времени сеанса тратится на передачу сигнальной информации). 1/ 450 – результат приведения размерностей «байт в час» к «бит в секунду»(8/3600=1/450). Значения удельной интенсивности потока вызовов: PPSTN =5 PISDN = 10 PV5 = 35 PPBX= 35 PSH= 10 VMEGACO=5∙150∙10(5∙11000+10∙700+35·280+35·600)/450=1546666,7 бит/с. Для передачи сигнальной информации с целью обслуживания вызовов различных типов требуются следующие размеры полосы пропускания: VISDN =(PISDN·NISDN·Liua·Niua)/90=(10·700·150·10)/90=116666,7 бит/с, Vv5 =(Pv5·Nv5·Lv5ua·Nv5ua) /90=(35·280·155·10)/90= 168777,8 бит/с, VPBX = (PPBX·NPBX·Liua·Niua) /90=(35·600·150·10)/90=350000 бит/с, VSH = (PSH·NSH ·LSH·N’SH) /90=(10∙200∙150∙10)/90= 33333,3 бит/с, VLAN(PSH·NLAN·LSH·N’SH) /90=(10·120·150·10)/90=20000 бит/с. |