РГР по СВРиТ. Методические указания по выполнению расчетнографических работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Некоммерческое акционерное общество Кафедра телекоммуникаций и инновационных технологий СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ РАДИОТЕХНИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Методические указания по выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» Алматы 2022 АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ имени Гумарбека Даукеева 2 СОСТАВИТЕЛЬ: Темырканова Э.К., Гармашова Ю.М. Специальные вопросы радиотехники и телекоммуникаций. Методические указания по выполнению расчетно-графических работ для студентов для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации». - Алматы: НАО АУЭС, 2022. – 16 с. Методические указания содержат две расчетно-графических работы, а также материалы, поясняющие принцип решения основных пунктов РГР, перечень рекомендуемой литературы. Методические указания предназначены (для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»). Ил. - 2, табл. - 6, библиогр.- 5 назв. Рецензент: Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связиимени Гумарбека Даукеева» на 2022 г. © НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», 2022 г. 3 Введение Выполнение двух расчетно-графических работ направлено на получение знаний, связанных с вопросами определения пропускной способности магистральных каналов сети ATM и выполнения теоретической части дипломного проекта. Первая РГР посвящена вопросам определения пропускной способности магистральных каналов сети ATM крупной корпорации. Студентам необходимо самостоятельно определить категорию пользователей сети и произвести все необходимые расчеты в соответствии с вариантом. В первой РГР приводятся необходимые обоснования принимаемых решений, выполненные расчеты, функциональные схемы, таблицы и графики, необходимые для пояснения. В работе не следует помещать описательный материал, имеющийся в учебниках и учебных пособиях. Во второй РГР студент разрабатывает теоретическую часть дипломного проекта в соответствии с утвержденной темой. Последовательность выполнения РГР и пояснения к заданию даны в методических указаниях по выполнению РГР. Пояснительная записка пишется на одной стороне каждого листа белой (без линеек) бумаги. Каждый студент выполняет обе РГР в одном варианте. 1 Цели и задачи РГР Выполнение расчетно-графических работ направлено на закрепление знаний, полученных при изучении дисциплины «Специальные вопросы радиотехники и телекоммуникаций». Последовательность выполнения работ и пояснения к заданиям даны в методических указаниях. Пояснительная записка пишется в электронном виде в документе Microsoft Word с соблюдением ГОСТ НАО АУЭС. 2 Содержание пояснительной записки к РГР В пояснительной записке необходимо: обосновать цель каждой РГР, произвести расчеты в соответствии с исходными данными и в заключении сделать вывод по каждой проделанной РГР. 2.1 РГР№1 «Определения пропускной способности магистральных каналов пакетной сети» 2.1.1 Задание к РГР№1 Сеть АТМ построена на основе объединения локальных сетей корпораций. Локальная сеть каждой корпорации строится по технологии Fast Ethernet 100Base-TX с пропускной способностью 100 Мбит/с. Необходимо определить пропускную способность магистральных каналов сети ATM 4 крупной корпорации. Для этого в курсовой работе необходимо сделать следующее: 1 Определить количество пользователей всех категорий. 2 Определить общий объем передаваемой информации между локальными сетями в течение одного рабочего дня с учетом того, что: а) сеть имеет несколько локальных сетей; б) пользователи могут передавать различные виды информации; в) каждая категория пользователей имеет свой объем передаваемой информации в Мбайт за рабочий день; 3 Определить число кадров ATM для передачи полезной информации их скорость поступления и общую длину кадра. 4 Рассчитать время обслуживания одного кадра и скорость обслуживания с заданным шагом. 5 Определить степень использования магистрального канала связи и вероятность отсутствия кадров в магистральном канале. 6 Построить график зависимости степени использования канала и вероятности отсутствия кадров от пропускной способности канала и выбрать пропускную способность магистрального канала с учетом запаса пропускной способности. 7 Определить параметры магистрального канала. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета и первой буквой фамилии студента. Исходные данные, помещенные в таблице 1.1, выбирают по первой букве фамилии студента, данные из таблицы 1.2 выбирают по последней цифре номера студенческого билета, а данные из таблицы 1.3 - по предпоследней цифре номера и данные из таблицы 1.4 - по первой букве фамилии студента. Исходные данные приведены в таблицах 1.1, 1.2, 1.3, 1.4. Таблица 1.1 Первая буква фамилии студента Кол-во ЛВС, шт Общее количество пользователей в сети АТМ, шт. Время работы для передачи данных мультимедиа, час. А-В 9 420 3 Г-Е 2 210 5 Ж-И 4 130 7 К-М 5 597 2 Н-П 7 328 4 Р-Т 2 504 8 У-Х 6 625 6 Ц-Ч 3 175 5 Ш-Щ 8 934 3 Э-Я 10 1138 7 5 Таблица 1.2 Последняя цифра номера студенческого билета Кол-во пользователей электронной почтой, % Кол-во пользователей загрузкой ПО с удаленного файл-сервера, % Кол-во пользовате лей удален- ными БД, % Кол-во пользовате- лей передачей данных мультиме- диа, % 1 98 100 45 50 60 70 10 20 2 80 90 35 40 55 70 10 30 3 60 90 25 60 60 75 15 20 4 70 100 40 50 50 60 15 25 5 80 100 36 55 60 70 10 18 6 60 80 30 40 50 70 12 20 7 70 90 27 30 55 65 10 25 8 95 100 40 49 60 65 10 20 9 92 100 35 50 60 70 15 30 0 85 90 45 50 64 70 12 25 Таблица 1.3 Предпоследняя цифра номера студенческого билета Пересылка документов по электронной почте, кол-во Мбайт Загрузка ПО с удаленного файл- сервера, кол-во Мбайт Работа с удаленными БД, кол-во Мбайт 1 3 7 10 2 5 5 20 3 2 11 15 4 7 3 17 5 9 14 26 6 4 9 30 7 6 6 22 8 10 15 19 9 8 4 13 0 3 8 28 Таблица 1.4 Первая буква фамилии студента Объем информации передаваемой сервером, Гбайт Продолжит ельность рабочего дня, в час. Скорость работы магистраль- ного канала, Мбит/с Доля от общего объема передаваемой серверами информации n 1 n 2 А-В 2 8 1 41 75 25 Г-Е 3 7 1 45 85 15 Ж-И 10 6 1 30 65 35 6 Продолжение таблицы 1.4 К-М 5 9 1 50 70 30 Н-П 6 10 1 55 60 40 Р-Т 7 8 1 42 80 20 У-Х 8 7 1 40 90 10 Ц-Ч 9 6 1 47 55 45 Ш-Щ 4 9 1 53 75 25 Э-Я 3 10 1 51 50 40 2.1.2 Методические указания к выполнению РГР№1 Сеть АТМ включает в себя локальные сети корпораций и в сети АТМ происходит одновременная работа большого числа пользователей (таблица 1.1), равномерно распределенных по локальным сетям. В сети АТМ организован постоянный высокоскоростной обмен информацией между сетями, т.е. локальные сети объединены в единую распределенную сеть. Локальная сеть каждой корпорации строится по технологии Fast Ethernet 100Base-TX с пропускной способностью 100 Мбит/с. В качестве передающей среды используется неэкранированная витая пара 5 категории (UTP-5). Прокладка кабеля от концентраторов до каждой точки осуществляется вдоль стен здания по специальным кабельным каналам. Применена звездообразная структура сети, она подразумевает наличие в сети концентраторов, которые объединяют нагрузку от некоторой группы компьютеров. В свою очередь все концентраторы объединяются с помощью коммутаторов ЛВС также в звездообразную структуру. На каждом этаже корпораций располагается несколько рабочих компьютеров, которые подключены к концентратору. Все концентраторы объединяются коммутаторами 2-го уровня, в которые также включаются один файл-сервер и один сервер базы данных. Таким образом локальная сеть корпорации строится по иерархической структуре с тремя уровнями иерархии: на самом нижнем уровне находятся конечные компьютеры и концентраторы; на следующем уровне находятся коммутаторы 2-го уровня (коммутаторы рабочих групп) и серверы рабочих групп; на самом верхнем уровне - коммутаторы 1-го уровня (коммутаторы локальной сети) и общие серверы; Пример структуры локальной сети, соответствующей иерархической структуре, приведен на рисунке 2.1. Иерархический уровень распределенной сети начинается с устройства доступа ATM. Устройство доступа выполняет функции согласования и преобразования кадров передачи локальной сети в кадры сети ATM. По локальной сети передаются кадры Ethernet, длиной 1250 байт. Устройство доступа преобразует их в кадры ATM, длиной 48 байт и снабжает 7 сформированные кадры ATM адресной информацией. Эти функции выполняются с помощью процедуры LANE - LAN Emulation (эмуляция ЛВС). Сформированный ATM-поток поступает на ATM-коммутатор. Также в ATM-коммутатор включены корпоративные высокопроизводительные серверы баз данных и файл-серверы. Серверы подключаются по протоколу ATM. Коммутатор ATM осуществляет обработку и перераспределение ATM- потока между локальными сетями и серверами. Сетевое оборудование распределенной сети: устройства доступа ATM, коммутатор ATM и крупные серверы располагаются там же, где располагается сетевое оборудование ЛВС. Структура распределенной сети приведена на рисунке 2.2. 2.1.2.1 Определение количества пользователей В сети предприятия работают несколько категорий пользователей: пользователи, использующие компьютерную сеть для передачи документов с помощью электронной почты. Для этих пользователей можно принять объем передаваемой информации N Мбайт за рабочий день, причем эта нагрузка распределена относительно равномерно в течение всего рабочего дня; пользователи, производящие загрузку программ с удаленных файловых серверов. Характерная черта этих пользователей заключается в том, что они создают большую загрузку в начале рабочего дня (при загрузке программ) и в конце рабочего дня (при сохранении результатов работы) на протяжении короткого промежутка времени. Общий объем информации, передаваемый каждым пользователем данной категории, примем равным N Мбайт в день, причем время, затрачиваемое на передачу, составляет не более 1,5 часов в течении всего рабочего дня; пользователи, регулярно работающие с удаленными базами данных. Эта категория пользователей создает равномерную нагрузку на сеть в течение всего рабочего дня и общий объем передаваемых данных составляет N Мбайт в день; пользователи, пользующиеся услугами телеконференций для проведения рабочих совещаний и переговоров, т.е. передающие данные мультимедиа. Число таких пользователей в сети относительно небольшое, но они создают значительную нагрузку на сеть, т.к. для обеспечения приемлемого качества передаваемого аудио/видеосигналов необходимо использовать полосу пропускания не ниже 1024 кбит/с. Общая продолжительность работы каждого пользователя составляет n часа в день, причем нагрузка распределяется в основном равномерно на протяжении всего дня. Каждый пользователь локальной сети корпорации может осуществлять передачу нескольких видов информации: передавать документы с помощью электронной почты, загружать программы с удаленных файловых серверов, 2 Рисунок 2.1 – Структура локальной сети 3 Рисунок 2.2 – Структура распределительной сети АТМ V V кан V обслуж t обсл 10 работать с удаленными базами данных, пользоваться услугами телеконференций. Тогда один и тот же пользователь будет относиться одновременно к нескольким видам категорий. Поэтому при определении количества пользователей определенной категории из общего числа пользователей необходимо учесть данный фактор и исходные данные взять из таблиц 1.1 и 1.2. 2.1.2.2 Расчет пропускной способности магистрального канала сети ATM в корпорации Для расчета пропускной способности магистрального канала сначала необходимо определить общий объем передаваемой информации между локальными сетями в течение одного рабочего дня. Для расчета общего объема передаваемых данных пользователями ЛВС следует воспользоваться формулой 2.1 Q Q N п i i i * , байт (2.1) где Qi - объем передаваемых данных одним пользователем i-той категории, байтах; Ni - число пользователей i-той категории в одной локальной сети. Объем передаваемых данных мультимедиа одним пользователем определяется по формуле Q q t м/м 8 3600 * * , байт (2.2) где q - скорость передачи данных мультимедиа, бит/с; t - время передачи, час. В компьютерной сети работают серверы различных служб (файл- серверы, серверы баз данных, постовые серверы и т.д.), они работают круглосуточно, однако пик их работы приходится на рабочий день. Для расчета объема передаваемой серверами информации по распределенной сети предположим, что в каждую ЛВС включен один файл- сервер и один сервер базы данных. Следовательно, на всю распределенную сеть предприятия приходится N = N ЛВС *2, шт (2.3) где N - число ЛВС. Каждый сервер в течение астрономических суток передает информацию объемом N Гбайт, причем n 1 % всей информации передается в течение 11 рабочего дня и лишь n 2 % в ночное время, когда происходит обновление данных на всех серверах без участия пользователей. Для расчета количества передаваемой серверами информации следует использовать формулу 2.4. Q Q N K с i * * , байт (2.4) где Qi - объем передаваемой информации одним сервером, байт; N - число одновременно работающих серверов; K - доля от общего объема передаваемой серверами информации, приходящейся на рабочий день. Для расчета пропускной способности коммутатора ATM необходимо учесть, что он работает в дуплексном режиме, т.е. одновременно может передавать и принимать данные. Общий объем данных, обрабатываемых коммутатором ATM следует определить по формуле 2.5. Q Q Q п с , байт (2.5) где Qп - объем передаваемых пользователями данных; Qс - объем передаваемых серверами данных. Необходимое число кадров ATM для передачи полезной информации рассчитывается по формуле 2.6. N Q кадров 48 1 , кадров/день (2.6) где Q - объем передаваемой информации, байт; 48 - длина информационной (полезной) части одного кадра ATM; [ ] - обозначают целую часть. Для расчета пропускной способности магистрального канала связи необходимо воспользоваться математическим аппаратом теории массового обслуживания. Для использования теории массового обслуживания необходимо знать соотношение между скоростью поступления кадров и скоростью обслуживания. Скорость поступления кадров следует определить исходя из интенсивности трафика, т.е. от количества передаваемых кадров по формуле 2.7. V N T кадров * 3600 , кадров/с (2.7) 12 где N кадр. - количество передаваемых кадров в течение рабочего дня; T - продолжительность рабочего дня, час. Для передачи информации по магистральной сети к информационным пакетам добавляется адресная информация, следовательно общую длину кадра, передаваемого по магистральному каналу, следует рассчитывать по формуле 2.8. L L L кадра инф адр , байт (2.8) где L инф - длина информационной части кадра; L адр - длина адресной части кадра. Для расчета скорости обслуживания задается некоторая фиксированная скорость работы магистрального канала. Время обслуживания одного кадра следует определить по формуле 2.9. t L V обс. кад. кадра канала *8 , сек. (2.9) где L кадр. - длина передаваемого кадра, байт; V кан. - скорость обмена информации в магистральном канале, бит/с. Время передачи кадра отождествляется с временем обслуживания. Скорость обслуживания является обратной величиной ко времени обслуживания V t V L обслуж обс.кад. канала кадра 1 8 * (2.10) В результате расчета скорости обслуживания возможны две ситуации: скорость обслуживания кадров оказывается больше, чем скорость поступления кадров. В этом случае пропускной способности магистрального канала оказывается более чем достаточно. Однако необходимо учитывать, что скорость поступления кадров - это средняя по времени величина. Существуют такие ситуации в часы наибольшей нагрузки, когда происходит передача крупных порций информации, интенсивность которых превосходит возможности пропускной способности магистрального канала. скорость обслуживания кадров оказывается меньше, чем скорость поступления кадров. В этом случае пропускная способность магистрального канала оказывается недостаточной. Магистральный коммутатор в данном случае осуществляет буферизацию данных: вновь принимаемые кадры накапливаются в буферной памяти до тех пор, пока не будут переданы 13 предыдущие кадры. В данном случае возникают очередь и задержки. Теория массового обслуживания позволяет оценить время задержки исходя из скорости работы линии связи. Результаты расчета для скорости работы магистрального канала от N1 Мбит/с до N2 Мбит/с с шагом изменения скорости 2 Мбит/с следует занести в таблицу 2.1. Таблица 2.1 - Результаты расчета скорости обслуживания в магистральном канале Параметр Скорость передачи информации в магистральном канале, Мбит/с t обс.кад. , сек V обслуж. , к./с Степень использования магистрального канала связи следует определить по формуле 2.10 P V V обслуж. , (2.31) где V - скорость поступления кадров; V обслуж - скорость обслуживания кадров. Зная степень использования магистрального канала следует рассчитать вероятность отсутствия кадров в магистральном канале по формуле 2.12. P P 0 1 , (2.12) где P - степень использования магистрального канала. Результаты расчета необходимо свести в таблицу 2.2. Таблица 2.2 - Результаты расчета степени использования и вероятности отсутствия кадров Параметр Скорость передачи информации в магистральном канале, Мбит/с P P0 По результатам расчета необходимо построить график зависимости степени использования канала и вероятности отсутствия кадров от пропускной способности канала. Далее необходимо проанализировать график и выбрать пропускную способность магистрального канала N Мбит/с с учетом запаса пропускной способности для часов наибольшей нагрузки и сделать вывод. 14 2.1.2.3 Определение параметров магистрального канала Магистральный канал является системой с определенным классом обслуживания - “с ожиданием”. Поэтому для выбранной оптимальной пропускной способности магистрального канала необходимо определить такие параметры как: среднее число кадров, одновременно находящихся в системе; среднее число кадров, ожидающих обслуживания в очереди; среднее время нахождения кадра в системе; среднее время ожидания в очереди. Среднее число кадров, одновременно находящихся в системе, следует определить формуле 2.13 L V V V обслуж. , кадра (2.13) где L - среднее число кадров, одновременно находящихся в системе; V - средняя скорость поступления кадров; V обслуж - средняя скорость обслуживания. Для определения числа кадров, ожидающих обслуживания в очереди, необходимо воспользоваться формулой 2.14 L P L * q , кадра (2.14) где L q - среднее число кадров, ожидающих обслуживания; P - степень использования канала. Среднее время нахождения кадра в системе представляет собой величину, обратную разнице между скоростью обслуживания и скоростью поступления кадров, т.е. определяется формулой W V V 1 обслуж. , сек (2.15) где W - среднее время нахождения кадра в системе, V обслуж - скорость обслуживания; V - скорость поступления кадров. Важным параметром, характеризующим очередь, является время ожидания в очереди, которое следует определить по формуле 2.16 W W P q * , сек. (2.16) где W q - время ожидания в очереди; W - время нахождения кадра в системе. 15 Время нахождения кадра в системе включает в себя время ожидания в очереди. Разность времени нахождения и времени ожидания дает время обслуживания одного кадра магистральным каналом или время передачи по магистральному каналу q кад обс ПЕР W W t t , сек. (2.17) Рассчитанное время передачи по магистральному каналу необходимо сравнить с временем обслуживания одного кадра (таблица 2.1) и сделать вывод. 2.2 РГР№2 «Теоретическая часть дипломного проекта». 2.2.1 Задание к РГР№2 Разработать теоретическую часть дипломного проекта. Содержимое теоретической части должно соответствовать теме дипломного проекта (ДП) утвержденной приказом НАО АУЭС. Второй РГР оформляется на 20 страницах с рассмотрением теоретических вопросов связанных с темой ДП. Список литературы 1. Гилберт Хелд, Как рассчитать пропускную способность глобальной сети // Lan Magazine/Рус. изд., Октябрь. - 1996. - том 2, № 6. 2. Дмитрий Ганьжа. Коммутаторы ATM // Lan Magazine/Рус. изд., Июнь – 1997.- том 3, № 4. 3. Назаров А.Н., Симонов М.В. АТМ: технология высокоскоростных сетей. - М.: Эко-Трендз, 1998. – 234 с.: ил. 4. Назаров А.Н. Модели и методы расчета структурно-сетевых параметров АТМ сетей. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 256 с.: ил. 5. Назаров А.Н., Разживин И.А., Симонов М.В. АТМ: Технические решения создания сетей/ Под ред. А.Н. Назарова. – М.: Горячая линия – Телеком , 2001. – 376 с.: ил. Содержание Введение 3 1 Цели и задачи РГР 3 2 Содержание пояснительной записки к РГР 3 2.1 РГР№1 «Определения пропускной способности магистральных каналов пакетной сети» 3 2.2 РГР№2 «Теоретическая часть дипломного проекта» 12 Список литературы 16 16 Сводный план 2022 г., поз.___ Темырканова Эльвира Кадылбековна Гармашова Юлия Михайловна СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ РАДИОТЕХНИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Методические указания по выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» Редактор Л.Т. Сластихина Специалист по стандартизации Г.И. Мухаметсариева Подписано в печать___ Формат 60х84 1/16 Тираж экз. Бумага типограф. № Объѐм уч.-изд.л. Заказ___Цена тенге Копировально – множительное бюро Некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева» 050013, Алматы, Байтурсынова,126 |