Курсовой проект. МСС Соня-3. Расчет оборудования мультисервисных сетей связи

• Название: Расчет оборудования мультисервисных сетей связи
• Анкор: Курсовой проект
• Дата: 31.10.2022
• Размер: 3.8 Mb.
• Имя файла: МСС Соня-3.docx
• Тип: Пояснительная записка; #763533
• страница: 1 из 7

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций российской федерации

Бурятский институт инфокоммуникаций

Федерального государственного образовательного бюджетного учреждения высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

МДК 03.02: Технология монтажа и обслуживания телекоммуникационных систем с коммутацией пакетов

На тему:

«Расчет оборудования мультисервисных сетей связи»

Студент: ______________ Кубышкина С.А.

Руководитель:__________ Цыбикова Ю.В.

Вариант № 19

Группа № С-201

г. Улан - Удэ

2022 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 1

ГЛАВА 1 ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИЙ СЕТЕЙ ПОСЛЕДУЮЩИХ ПОКОЛЕНИЙ NGN 3

1.1 Функциональная модель NGN 3

1.2 Первый этап реализации концепции NGN 4

1.3 Второй этап реализации концепции NGN 9

ГЛАВА 2 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ IMS 10

2.1 Функциональная архитектура подсистемы передачи мультимедийных сообщений 10

2.2 Протоколы сигнализации 14

ГЛАВА 3 ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФРАГМЕНТА МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ НА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ГТС 16

3.1. Исходные данные для проектирования 17

3.2. Разработка схемы организации связи фрагмента мультисервисной сети 17

ГЛАВА 4 РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ НАГРУЗКИ И ЕЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 20

4.1. Расчет интенсивности нагрузки от абонентов фрагмента ГТС с коммутацией каналов 20

4.1.1. Число абонентов различных категорий 20

4.1.2. Интенсивность поступапющей нагрузки на АТС 20

4.1.3. Интенсивность исходящей от АТС нагрузки, нагрузки к УСС и ЗУС 20

4.2. Расчет интенсивности поступающей нагрузки от абонентов фрагмента МСС 22

4.2.1. Интенсивность поступающей нагрузки на MSAN₁ 22

4.2.2. Распределение нагрузки от MSAN₁ 23

4.2.3. Интенсивность поступающей нагрузки на MSAN₂ 23

4.2.4. Распределение нагрузки от MSAN₂ 24

4.2.5. Интенсивность нагрузки от MSAN к УСС 24

4.2.6. Интенсивность нагрузки от MSAN к ЗУС 25

4.3. Распределение интенсивности исходящей нагрузки 25

4.3.1. Распределение исходящей нагрузки между АТСЭ 25

4.3.2 Распределение нагрузки от АТСЭ к MSAN 26

4.3.2 Распределение исходящей нагрузки от MSAN к АТСЭ 26

4.3.5 Интенсивность нагрузки от фрагмента сети с КК к фрагменту сети с КП 28

ГЛАВА 5 РАСЧЕТ ТРАНСПОРТНОГО РЕСУРСА МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ СВЯЗИ 28

5.1 Расчет транспортного ресурса мультисервисных узлов доступа 29

5.1.2 Транспортный ресурс между фрагментом сети с КК и MSAN₁ 30

5.1.3. Транспортный ресурс между фрагментом сети с КК и MSAN₂ 31

5.1.4Транспортный ресурс для связи MSAN с ЗУС и УСС 32

5.1.5 Транспортный ресурс для передачи сигнальных сообщений 32

ВВЕДЕНИЕ

Мультисервисная сеть (МСС) — это цифровая сеть, проектируемая на основе протокола IP, с интеграцией различных видов услуг — передачи данных, голоса и видео. Мультисервисная сеть в первую очередь предназначена для компании, ориентированной на интенсивное развитие бизнеса, оптимизацию затрат, автоматизацию бизнес-процессов, современные методы управления и информационную безопасность. Поэтому рост популярности мультисервисных сетей связи является одной из наиболее заметных тенденций на рынке телекоммуникационных услуг последних лет. Мультисервисные сети позволяют поддерживать следующие виды услуг:

· Телефонная и факсимильная связь;

· Выделенные цифровые каналы с постоянной скоростью передачи;

· Видеотрансляция, видеоконференцсвязь;

· Телевидение;

· IP-телефония;

· Безопасность, контроль доступа, учет рабочего времени;

· Громкоговорящая связь;

· Системы диспетчеризации;

· Широкополосный доступ в интернет;

· Сопряжение удаленных лвс, в том числе работающих в различных стандартах;

· Создание виртуальных корпоративных сетей, коммутируемых и управляемых пользователем.

Использование МСС позволяет одновременно использовать вышеперечисленные услуги, используя одну сеть передачи данных. Крупные компании или производственные помещения, занимающие большие территории, использую ЦУП, который позволяет на порядок повысить эффективность обмена информацией, обеспечить доступность данных в любое время, организовать конференц-связь и видеоконференции между офисами или отделами. Все это сокращает время реакции на изменения, происходящие в компании, и обеспечивает оптимальное управление всеми процессами в режиме реального времени.

Актуальность курсовой работы обусловлена большим спросом на предоставление телекоммуникационных услуг. Вызываемые ими изменения в структуре телекоммуникационных сетей ставят на повестку дня вопрос построения мультисервисных сетей нового поколения, в которых широкий спектр услуг, включая передачу голоса и данных, будет предоставляться на единой технологической основе пакетной коммутации.

ГЛАВА 1 ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИЙ СЕТЕЙ ПОСЛЕДУЮЩИХ ПОКОЛЕНИЙ NGN
1.1 Функциональная модель NGN

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации (прозрачной передачи инфор­мации пользователя между сетевыми окончаниями без какого-либо анализа или обработки ее содержания), функций управления вызова­ми и функций управления услугами.

Функциональная модель сетей NGN в общем случае может быть представлена следующими уровнями:

• 
  уровень доступа;
  
• 
  транспортный уровень;
  
• 
  уровень управления коммутацией и передачей сообщений (управ­ления вызовами);
  
• 
  уровень управления услугами.
  

Уровень доступа содержит сеть абонентского доступа.

Задачей транспортного уровня является прозрачная передача ин­формации пользователя.

Задачей уровня управления коммутацией и передачей является обработка сигнальной информации, маршрутизация и управление по­токами вызовов.

Уровень управления услугами содержит функции управления ло­гикой услуг и приложений и представляет собой среду, обеспечива­ющую:

• 
  предоставление инфокоммуникационных услуг;
  
• 
  управление услугами;
  
• 
  создание и внедрение новых услуг;
  
• 
  взаимодействие различных услуг.
  

Функции обслуживания телекоммуникационной инфраструкту­ры реализуются на уровне эксплуатационного управления — поддер­живаются функции активации абонентов и услуг, техобслуживания, биллинга и другие эксплуатационные задачи.

Технической основой концепции NGN (телекоммуникационной инфраструктурой) является мультисервисная сеть связи (МСС).
1.2 Первый этап реализации концепции NGN

На первом этапе реализации концепции NGN решались задачи передачи речи по сети IP (Internet Protocol) с приемлемым качеством и сопряжения сетей с коммутацией пакетов и с коммутацией кана­лов. Для решения проблемы качества передачи сообщений реального времени стек протоколов TCP/IP дополнен стеком протоколов MPLS.

Мультисервисная сеть строилась на базе программных (гибких) коммутаторов (Softswitch) (рис. 1.1). На основании анализа полу­ченной сигнальной информации программный коммутатор управля­ет установлением RTP-сессий между окончаниями (терминалами или шлюзами). Информационные потоки (аудио, видео) передаются в пределах RTP-сессии через транспортную пакетную сеть, минуя прог­раммные коммутаторы. Каждый программный коммутатор управля­ет терминалами определенной области (домена).

Важнейшей функцией программного коммутатора является обес­печение корректного взаимодействия с сетями с коммутацией каналов (ТфОП, СПСС поколения 2G). В этом случае программный комму­татор работает в качестве контроллера транспортных шлюзов MGC (Media Gateway Controller). MGC обеспечивает сопряжение сетей по сигнализации и управляет транспортными шлюзами. Каждый MGC понимает и обрабатывает сигнализацию сетей с коммутацией каналов: ОКС № (ISUP), DSS1 (Q.931), протокол V5.2. Если сигнальные кана­лы могут быть физически подключены к MGC, например с помощью потоков Е1, то проблем с их обработкой не возникает.

При подключении сигнальных каналов из сети с коммутацией ка­налов к программному коммутатору через пакетную сеть необходимо обеспечить передачу сигнальной информации с сохранением не толь­ко содержимого сигнальных сообщений, но и порядка их следования и поддержкой процедур защиты от ошибок. Эти функции выполняют сигнальные шлюзы (SGW), которые со стороны сетей с коммутацией каналов поддерживают окончание звеньев сигнализации и с помощью протокола транзита сигнализации (SIGTRAN) обеспечивают надеж­ную пересылку сигнальных сообщений в MGC.

В зависимости от вида сигнализации существуют различные мо­дификации протоколов адаптации SIGTRAN (M2UA, M3UA, IUA, V5UA).

Транспортные (транкинговые) шлюзы должны:

• обеспечивать прием аудиопотоков из сетей с коммутацией кана­лов;

• 
  при необходимости выполнять их перекодирование;
  
• 
  выполнять пакетизацию речи;
  
• 
  обеспечивать контроль текущих параметров качества передачи по установленным RTP-сессиям.
  

Исходя из выполняемых функций транспортные шлюзы можно разделить на:

• 
  шлюзы соединительных линий или транкинговые шлюзы TGW (Trunking Gateway), к которым подключаются потоки Е1, соеди­няющие АТС ТфОП или центры коммутации (ЦК) сетей подвиж­ной сотовой связи (ССПС) с сетью NGN. Часто в транкинговый шлюз включаются соединительные линии от существующих теле­фонных станций с сигнализацией ОКС № 7 от цифровых АТС и с сигнализацией Rl,5 для подключения координатных АТС. В этом случае транкинговый шлюз выполняет также и роль сигнально­го шлюза;
  
• 
  шлюзы доступа AGW (Access Gateway) предназначены для вклю­чения сетей доступа AN (Access Network) через интерфейс V5.2, который может включать от 2 до 16 первичных потоков Е1, или для подключения УПАТС через интерфейс первичного доступа PRI сети ISDN (30B+D);
  
• 
  резидентные (абонентские) шлюзы доступа RAGW (Residential Access Gateway) для подключения аналоговых абонентских ли­ний, в которые включаются традиционные телефонные аппараты ТфОП, аналоговые модемы, факсимильные аппараты, модемы xDSL. В эти шлюзы также могут включаться цифровые абонен­тские линии ISDN, к которым подключается терминальное обо­рудование базового доступа BRA (2B+D). RAGW обычно раз­мещаются в непосредственной близости от точек подключения абонентов.
  

Часто конструктивно резидентный шлюз и шлюз доступа реали­зуются в виде единого мультисервисного узла доступа MSAN (Multi­Service Access Node). В состав MSAN обязательно входит пакетный коммутатор Ethernet, в который включаются непосредственно все ис­точники нагрузки, работающие по пакетным технологиям: локальн­ые вычислительные сети LAN и мультимедийные терминалы на базе протоколов SIP, Н.323 (рис. 1.2) [15].

Число резидентных шлюзов определяется исходя из параметров критичности длины абонентской линии, значения прогнозируемой на­грузки, топологии первичной сети (если таковая уже существует), на­личия помещений для установки, технологических показателей обо­рудования, предполагаемого к использованию.


Зона обслуживания резидентного шлюза доступа должна созда­ваться таким образом, чтобы максимальная длина абонентской линии не превышала 4...5 км (затухание абонентской линии не более 6 дБ). Если шлюз подключает оборудование сети доступа интерфейса V5.2, LAN либо УПАТС, то зона обслуживания шлюза включает в себя и зоны обслуживания подключаемых абонентов.

Контроллеры MGC управляют работой транспортных шлюзов при помощи протокола H.248/MEGACO. При работе с резидентны­ми шлюзами (RAGW) протокол H.248/MEGACO обрабатывает этапы аналоговой абонентской сигнализации (абонент снял трубку, набрал цифру номера и т. д.) как последовательность событий, о наступлении которых шлюз уведомляет MGC. Таким образом, MGC получает сиг­нальную информацию от абонентов, используя только возможности протокола H.248/MEGACO.

Для защиты ядра сети NGN от внешних угроз на границе между магистральной сетью IP/MPLS и внешними сетями устанавливаются пограничные контроллеры сессий SBC (Session Border Controller).

Уровень услуг в сети NGN на базе программных коммутаторов представлен различными серверами приложений AS (Application Ser­ver), в качестве которых могут выступать как традиционные платфор­мы интеллектуальной сети SCP, так и различные открытые сервисные платформы (OSP, OSA/PARLAY) [3].

Для передачи речи по сети с коммутацией пакетов организациями МСЭ-Т и IETF (Internet Engineering Task Force) разработаны стеки протоколов Н.323 и SIP (Session Iinitiation Protocol). Стек протоко­лов H.323 предложен МСЭ-Т в рекомендации Н.323. Сети, постро­енные на базе протоколов Н.323, ориентированы на интеграцию с те­лефонными сетями с коммутацией каналов. Протокол SIP широко применяется для предоставления мультимедийных услуг. Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. Основными протоколами сигнализации взаимодействия между Softswitch являются SIP-T и BICC.

В настоящее время задачи первого этапа реализации концепции NGN успешно решены, в том числе в России: на сетях работают прог­раммные коммутаторы самых разных производителей (Alcatel-Lucent, Huawey, Iskratel, «Протей» и др.).
1.3 Второй этап реализации концепции NGN

На втором этапе реализации концепции NGN решаются задачи конвергенции фиксированных (стационарных) сетей и сетей сотовой подвижной связи (мобильных). В качестве базовой архитектуры для конвергенции этих сетей рабочими группами 3GPP (3rd Generation Partnership Project) [2] и TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking) [7] рекомен­дована мультимедийная подсистема на базе протокола IP — IMS (IP Multimedia Subsystem).

Идеей построения мобильной сети на базе IP-технологий перво­начально занималась группа 3GPP [6]. Она разработала технологию GPRS, которая впоследствии положила начало разработке архитек­туры IP-сети в СПСС. В 2001 г. рабочая группа 3GPP представила Release 4, в котором появились элементы архитектуры ALL-IP («Всё в IP»). В 2002 году в Release 5 появился первоначальный вариант архитектуры, названной IMS, и добавилась технология высокоскорос­тной пакетной передачи данных. В Release 6 в архитектуре IMS по­явилась поддержка беспроводных локальных вычислительных сетей WLAN (Wireless Local Area Network). Рабочая группа TISPAN до­работала архитектуру, предложенную 3GPP, добавив элементы для взаимодействия с широкополосными сетями. Release 7 3GPP добавил поддержку фиксированных (стационарных) сетей.

ГЛАВА 2 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ IMS


2.1 Функциональная архитектура подсистемы передачи мультимедийных сообщений

В концепции NGN/IMS определяются не узлы сети, а функции, которые могут быть реализованы на одной или нескольких аппарат­ных платформах [4, 19]. Это означает, что IMS-архитектура, как и архитектура Softswitch, также представляет собой набор функций, соединенных стандартными интерфейсами. Архитектура МСС на базе подсистемы передачи мультимедийных сообщений (IMS) содержат следующие уровни (рис. 2.1):

• 
  Уровень доступа и транспорта;
  
• 
  Уровень управления сессиями;
  
• 
  Уровень услуг и приложений.
  

Уровень доступа и транспорта включает терминальное обору­дование сети доступа с различными технологиями (Wi-Fi, WiMAX, GPRS, xDSL, PON и др.), единую транспортную IP-сеть и медиаш- люзы (MGW).

Уровень управления сессиями включает ядро сети IMS, сервер пользовательских данных HSS (Home Subscriber Server) и сигнальные шлюзы.

Базовым элементом опорной сети архитектуры IMS являются функция управления сеансами CSCF (Call Session Control Function) которая, реализуется на SIP-сервере. Модуль CSCF включает три основных блока, которые составляют ядро сети IMS: Proxy CSCF, Interrogating CSCF и Serving CSCF.

Proxy CSCF (P-CSCF) — посредник для взаимодействия с або­нентскими терминалами, через него в систему IMS поступает весь по­льзовательский трафик. P-CSCF принимает запрос от/или к терми­налу и маршрутизирует его к элементам ядра IMS. Обслуживаемый терминал пользователя закрепляется за P-CSCF при регистрации в сети на все время регистрации. Модуль P-CSCF реализует функции, связанные с аутентификацией пользователя, формирует учетные за­писи и передает их в сервер начисления платы. Одним из элементов модуля P-CSCF является Policy Decision Function (PDF) — функция выбора политики, оперирующая с характеристиками информацион­ного трафика (например, требуемая пропускная способность) и опре­деляющая возможность организации сеанса или его запрета, необхо­димость изменения параметров сеанса и т.д.

Interrogating CSCF (I-CSCF) — сервер взаимодействия. Этот сервер обращается к серверу пользовательских данных HSS по прото­колу Diameter для получения данных о местонахождении конкретного пользователя и обслуживающем его S-CSCF. Обычно в подсистеме IMS организуется несколько серверов I-CSCF, как правило, расположенных в домашней сети.

Serving CSCF (S-CSCF) — сервер обслуживания, выполняет функции регистрирующего SIP-сервера, т. е. поддерживает привязку местоположения пользователя (например, IP-адресом терминала, с которого пользователь получил доступ в сеть) к его SIP-адресу (PUI- Public User Identity). S-CSCF взаимодействует по протоколу Diameter с сервером HSS, получает от последнего данные о профиле пользователя, т. е. перечень доступных ему услуг и набор триггерных точек для маршрутизации сообщения SIP к серверам приложений. S-CSCF поддерживает сеанс и взаимодействует с функциями начисления оплаты. Для обеспечения масштабируемости в сети может находиться несколько S-CSCF, которые всегда располагаются в домашней сети.

HSS (Home Subscriber Server) — сервер домашних абонентов, является базой пользовательских данных и обеспечивает доступ к индивидуальным данным пользователя, связанным с услугами. В случае, если в сети IMS используется несколько серверов HSS, необходимо добавление функции SLF (Subscriber Locator Function), которая занимается поиском HSS с данными конкретного пользователя.

MGCF (Media Gateways Control Function) — функция управления медиашлюзами (Media Gateways) управляет соединениями в транспортных шлюзах IMS, используя протоколы H.248/MEGACO. Реализация MGCF в виде отдельного сервера практически соответствует функционированию программного коммутатора в режиме MGC.

MRF (Media Resource Function) — функция медиасервера. Эта функция предназначена для воспроизведения различных объявлений. Состоит из процессора мультимедийных ресурсов MRFP и контроллера MRFC.

MRFC (Media Resourse Function Controller) — процессор мультимедиа-ресурсов, обеспечивая реализацию таких услуг, как конфе- ренцсвязь, оповещение, перекодирование передаваемого сигнала. MRFC находится на сигнальном уровне и взаимодействует с сервером S-CSCF по протоколу SIP. Используя полученные инструкции, MRFC управляет по протоколу MEGACO/H.248 процессором MRFP, находящимся на уровне передачи данных, а тот выполняет все манипуляции с медиаинформацией.

MRFP (Media Resource Function Processor) — процессор MRF распределяет медиаресурсы сети согласно командам от MRFC. Его основными функциями являются обслуживание потоков мультимедийных данных для служб оповещения, объединение входящих мультимедиа-потоков; обработка потоков мультимедийных данных, например транскодирование.

ABG (Access Border Gateway) — пограничный шлюз доступа. В его функции входит передача пакетов между сетью доступа и опорной сетью.

Сервер BGCF (Breakout Gateway Control Function) — сервер маршрутизации вызова на основе телефонного номера. Он используется только при установлении соединения к сети с коммутацией каналов (ТфОП, GSM). Сервер BGCF выбирает транспортный шлюз через взаимодействие с сетью с КК.

TAS (Telephone Application Server) — серверы поддержки телефонных услуг.

IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function) — серверы взаимодействия с серверами услуг в мобильных сетях.

OSA-GW (Open Service Access GW) — серверы доступа к услугам с открытой сервисной архитектурой.

Серверы приложений AS не являются элементами IMS, а рабо­тают поверх нее, предоставляя услуги в сетях, построенных согласно IMS-архитектуры. Серверы приложений взаимодействуют с функцией S-CSCF по протоколу SIP. Основными функциями серверов приложений являются обслуживание и модификация SIP-сеанса, создание SIP-запросов, передача данных тарификации в центры начисления платы за услуги связи.
2.2 Протоколы сигнализации

В архитектуре IMS основной протокол сигнализации SIP, однако, предусмотрена поддержка протоколов для взаимодействия как с сетями NGN, так и с сетями TDM. Протокол SIP обычно работает поверх протокола IP, разговор пользователей рас­сматривается как мультимедийный сеанс связи, включающий передачу аудиоданных. Подробно протокол SIP и сценарии установления соединения по этому протоколу рассмотрены в [12].

В IMS для обмена информацией с базой данных HSS использу­ется протокол Diameter. Протокол Diameter является эволюционным развитием протокола RADIUS и предлагается, в основном, для использования в качестве протокола следующего поколения для аутентификации, авторизации и учета AAA (Authentication, Authorization, Accounting). Этот протокол работает поверх TCP или SCTP, так как оба эти протокола обеспечивают надежную передачу, что является критичным для приложений, обменивающихся информацией об учетных записях.