РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА по дисциплине «Сети связи и системы коммутации». СССК ЗС81 СигаевВА доработка. Сети связи и системы коммутации

• Название: Сети связи и системы коммутации
• Анкор: РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА по дисциплине «Сети связи и системы коммутации
• Дата: 03.01.2022
• Размер: 0.77 Mb.
• Имя файла: СССК ЗС81 СигаевВА доработка.docx
• Тип: Реферат; #323141

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики»

(СибГУТИ)

Кафедра Автоматической электросвязи (АЭС)
11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

расчетно-графическая работа

по дисциплине «Сети связи и системы коммутации»
Выполнил:

студент ФАЭС

гр. ЗС-81 / В.А. Сигаев/

«__»_________ 2021 г. (подпись)
Проверил:

ст.пр. каф. АЭС / Н.Н. Попова/

«__»_________ 2021 г. (подпись)
Новосибирск 2021

Содержание

Введение 3

1 Расчет оборудования узла мультисервисного доступа 4

1.1 Исходные данные 4

1.2. Решение 6

2 Расчет элементов сети широкополосного доступа по технологии GPON 14

2.1 Исходные данные 14

Заключение 23

Введение
Уже несколько лет во всем телекоммуникационном мире идет бурное обсуждение концепции сетей следующего поколения (NGN). Проблему обеспечения абонентов услугами связи, необходимо решать используя дифференцированный подход. Для густонаселенных районов подходит технология GPON, более скоростная и имеющая большие перспективы. Для малочисленных районов проживания потенциальных пользователей услуг связи подойдет старый проверенный ADSL2+, SHDSL.

Целью данной работы является: предварительный расчет обеспечения абонентов услугами связи по различным видам технологий.

Задача: получить практические навыки в расчете оборудования узла мультисервисного доступа и элементов сети широкополосного доступа по технологии GPON.


1 Расчет оборудования узла мультисервисного доступа
1.1 Исходные данные
Заданная структура УМСД показана на рисунке 1.1.



В УМСД включаются:

аналоговые абонентские линии (ААЛ);

линии ADSL;

линии SHDSL;

линии к оконечной АТС (ОС) местной сети;

линии к АМТС;

линия в направлении сети с пакетной передачей информации (IP-сети).

Для каждого типа линий доступа указаны их общее число; число соответствующих портов на одной печатной плате; максимальное количество плат в одном корпусе УМСД без учета служебных плат (поле Ethernet, процессоры, шинное и вспомогательное оборудование и т.д.); значения удельных телефонных нагрузок.
Исходные данные приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Исходные данные

Показатели	Количество
1. Количество ААЛ, включенных в УМСД, шт.	4200
2. Количество аналоговых портов на одной плате ААЛ, шт.	64
3. Количество пользователей ADSL, включенных в УМСД, шт.	570
4. Количество портов на одной плате ADSL, шт.	16
5. Количество пользователей SHDSL, включенных в УМСД, шт.	260
6. Количество портов на одной плате SHDSL, шт.	24
7. Количество портов на одной плате Е1, шт.	4
8. Количество портов на одной плате Ethernet, шт.	2
9. Количество плат в одном корпусе МАК (без учета служебных плат), шт.	17
10. Скорость передачи информации ADSL, Мбит/с	по стандарту ADSL2+
11.Средняя местная удельная нагрузка на ААЛ, Эрл	0,153
12. Средняя удельная нагрузка на ЗСЛ (азсл), Эрл	0,0041
13. Средняя удельная нагрузка на СЛМ (аслм), Эрл	0,0031
14. Качество обслуживания вызовов в направлении ОС	0,005
15. Качество обслуживания вызовов в направлении АМТС	0,001

При выполнении задания требуется:

Рассчитать число потоков Е1 в направлении стационарной сети.

Определить пропускную способность Ethernet-линии в направлении IP-сети.

Определить количество интерфейсных плат каждого типа.

Определить число модулей в УМСД.

Разработать план размещения оборудования в модулях УМСД.


1.2. Решение
1.2.1 Расчёт величины местной нагрузки в направлении к/от ОС производится методом удельных нагрузок по формуле:
_(1.1)
А_мест = 0,153 · 4200 = 642,6 Эрл
1.2.2 Расчёт величины нагрузки в направлении к/от АМТС производится отдельно для исходящей и входящей нагрузки по формулам:
_(1.2)
(1.3)
где K_IP – коэффициент увеличения междугородной нагрузки за счёт выхода абонентов в сеть Internet по системе Dial Up. K_IP = 1,05 – 1,10.

K_PLMN - коэффициент увеличения междугородной нагрузки за счёт связей стационарных абонентов с подвижными абонентами. K_PLMN = 1,20 – 1,25
А_ЗСЛ = 1,1 · 1,2· 0,0041 · 4200 = 22,73 Эрл

А_СЛМ = 0,0031 · 4200 = 13,02 Эрл
Суммарная нагрузка в направлении к/от АМТС:
А_АМТС = А_ЗСЛ+ А_СЛМ = 35,75 Эрл
1.2.3 Пересчет средних значений нагрузок в расчетные производится по формуле:
_(1.4)
Y_мест = 669,23 эрл

Y_АМТС = 38,56 эрл
1.2.4 Определение числа каналов (V) в направлении стационарной сети производится по таблицам Пальма с помощью 1^й формулы Эрланга в [2] . Результаты расчётов сводятся в таблицу 1.4:
Таблица 1.4 – Результаты расчёта числа каналов в направлениях связи

Направление связи	Значение нагрузок Y, Эрл	Величина потерь, Р	Число каналов в направлении, V
Местное	669,23	0,005	800
Междугородное	38,56	0,001	58

1.2.5 Определение числа потоков Е1 (N_E1) в направлении стационарной сети производится по формуле:

_(1.5)
где V – число каналов в направлении

N_Е1 – число потоков Е1 в направлении

30 – число пользовательских каналов в потоке Е1
Число потоков Е1 определяется как целая часть от числа, рассчитанного в квадратных скобках и составляет для местного направления 27Е1, для междугородного направления – 2Е1. Суммарное число потоков Е1 в направлении стационарной сети для рассматриваемого примера составляет 29Е1.

1.2.6 Определение пропускной способности в направлении сети пакетной передачи данных. Пропускная способность определяется по укрупнённым показателям и заключается в расчёте скорости передачи информации (С). В задании выход на IP-сеть имеют пользователи ААЛ, ADSL и SHDSL. Скорость передачи информации для этих пользователей можно определить по формуле:
_(1.6)
где С – скорость передачи информации в направлении пакетной сети;

К_изб - коэффициент избыточности, учитывающий общую длину передаваемого кадра с учётом протокольной избыточности (каждый протокол добавляет к передаваемому кадру свои заголовки). В контрольной работе K_изб принимается равным 1,7;

K_ртс – коэффициент использования ресурса транспортной сети, учитывающий величину трафика для заданного типа кодека;

Y(Эрл) – значение нагрузки, создаваемой аналоговыми абонентами;

V_cod – принятая в задании скорость кодека. Для кодека, работающего в режиме коммутации каналов со скоростью 64 Кбит/с, значение К_ртс рекомендуется 1,25; [3, стр.174]

R_xDSL – максимальная требуемая скорость пользователей xDSL;

N_xDSL – количество пользователей xDSL;

P_V = 0,6 – 0,8 – вероятность предоставления пользователю требуемой скорости. В задании принято значение 0,8;

D= 0,1 – 0,5 – доля пользователей хDSL, одновременно пользующихся связью. В задании принято значение 0,5.

На основании рассчитанной скорости следует выбрать технологию передачи пакетной информации.

Для пользователей АDSL2+ скорость передачи информации может меняться в следующих пределах: 24432 Кбит/с; 16256 Кбит/с; 8064 Кбит/с; 3968 Кбит/с.

По условию задачи задано 570 пользователей АDSL. Скорость передачи информации, предоставляемая абонентам, может быть разной. В задаче примем следующие условия:

• 
  40% пользователей имеют скорость 3968 Кбит/с, что составляет 228 пользователей;
  
• 
  30% пользователей – скорость 8064 Кбит/с, что составляет 171 пользователь;
  
• 
  20% пользователей – скорость 16256 Кбит/с, что составляет 114 пользователей;
  
• 
  10% пользователей – скорость 24432 Кбит/с, что составляет 57 пользователей.
  

Учёт скорости пользователей АDSL в расчете показан в фигурных скобках.
С = 1,7 · [1,25 · (669,23+38,56) · 64 + 0,8 · 0,5· ({228 · 3968 + 171 · 8064 + 114 · 16256 + 57 · 24432} + 260 · 2300)] = 2 547 242 Кбит/с или 2 488 Мбит/с
На основании рассчитанной скорости можно выбрать технологию передачи пакетной информации 10GBase-LR или 10GE.
1.2.7 Определение количества интерфейсных плат производится по формуле:
(1.7)
где N_x – число печатных плат типа "х"

N_i – число пользователей i-й категории

N^p – число портов на одной плате типа "х"
Результаты расчётов п.1.2.7 сводим в таблицу 1.5:
Таблица 1.5 – Число печатных плат в УМСД

	Плата ААЛ	Плата ADSL2+	Плата SHDSL	Плата Е1	Плата Ethernet портов
Число подключений Ni	4200	570	260	29	1
Число портов на одной плате Np	64	16	24	4	2
Число плат Nx	66	36	11	78	1
Всего плат, Nо	120122

1. Особенности технологий ADSL2+ и SHDSL?

Таблица 1.6 – Сравнение характеристик технологий ADSL2+ и SHDSL

Характеристика	ADSL2+	SHDSL
1	2	3
Расшифровка	Asymmetric Digital Subscriber Line	Single-pair High-speed Digital Sub- scriber Line
Рекомендация	МСЭ-Т G.992.5	МСЭ-Т G.991.2
Год принятия рекомендации	2003	2001

Продолжение таблицы 1.6

1	2	3
Максимальная скорость передачи данных вниз, Мбит/с	24	2,32
Максимальная скорость передачи данных вверх, Мбит/с	1	2,32
Особенность	полоса пропускания канала распределена между исходящим и входящим трафиком асимметрично	обеспечивает симметричную дуплексную передачу данных по паре медных проводников
Расстояние, км	5,5	7,5
Основное применение	Доступ в интернет	Объединение сетей

1.2.8 Определение количества модулей УМСД производится в зависимости от максимально возможного числа плат в одном корпусе УМСД:
(1.8)
модулей
1.2.9 План размещения печатных плат в модулях УМСД показан на рисунке 1.2. Размещение печатных плат в корпусах УМСД произвольное. Результаты расчетов также отображаются на рисунке 1.3.



2 Расчет элементов сети широкополосного доступа по технологии GPON
2.1 Исходные данные
Рассчитать элементы сети широкополосного доступа, по технологии GPON, в соответствии с исходными данными (таблица 2.1)
Таблица 2.1 – Исходные данные для расчёта транспортного ресурса

Количество пользователей ШПД, шт.	1800
Диапазон скоростей, mb/s :
V1	5
V2	12
V3	24
V4	65
Среднее значение нагрузки для заданной группы абонентов, Эрл	340

При выполнении задания требуется:

1. 
   Рассчитать число оптических сетевых терминалов ONT.
   
2. 
   Распределить абонентов по группам с учётом скоростей.
   
3. 
   Выбрать коэффициенты разветвления сплиттеров.
   
4. 
   Выбрать топологию построения сети ШПД.
   
5. 
   Определить количество сплиттеров выбранных типов с учётом топологии сети.
   
6. 
   Рассчитать транспортный ресурсEthernet-линии в направлении IP-сети.
   
7. 
   Изобразить структуру сети ШПД с учётом выбранной топологии.
   
8. 
   Показать связь заданной сети ШПД с сетямиIP/MPLS и ГТС.
   
9. 
   По результатам расчетов и исходным данным выбрать марки OLT и ONT.
   

2. 
   Решение
   

2.2.1 Количество ONT определяется числом пользователей. В задаче задано 1800 абонентов и для их подключения потребуется 1800 ONT.

2.2.2 Среднее значение нагрузки для заданной группы абонентов А, создаваемая пользователями базовой услуги, определяется методом укрупнённых данных по формуле:
_(2.1)
где А – среднее значение нагрузки для заданной группы абонентов, по условию задачи 340 Эрл

2.2.3 Распределение абонентов по группам с учётом скоростей

В данной задаче примем следующие условия:

• 
  1000 пользователей получают скорость V1;
  
• 
  400 пользователей – скорость V2;
  
• 
  300 пользователей – скорость V3;
  
• 
  100 пользователей – скорость V4;
  

Распределение пользователей по скоростям отражено в таблице 2.2:
Таблица 2.2. – Распределение пользователей по группам с учётом скоростей передачи информации

Группа пользователей	1	2	3	4
Скорость, mb/s	V1 = 5	V2 = 12	V3 = 24	V4 = 65
NONT	1000	400	300	100

2.2.4 Определение транспортного ресурса сегмента ШПД в направлении сети пакетной передачи данных производится по методике [7, 8]. Транспортный ресурс определяется по укрупнённым показателям и заключается в расчёте скорости передачи информации (С). В задаче условно примем, что выход на IP-сеть имеют все пользователи. Скорость передачи информации для этих пользователей можно определить по формуле:
_(2.2)
где С (Мбит/с) – скорость передачи информации в направлении пакетной сети;

К_изб - коэффициент избыточности, учитывающий общую длину передаваемого кадра с учётом протокольной избыточности. В задаче K_избусловно принимается равным 1,7;

K_ртс – коэффициент использования ресурса транспортной сети, учитывающий величину трафика для заданного типа кодека. Для кодека G.711, работающегов режиме коммутации каналов со скоростью 64 Кбит/с, значение К_ртс рекомендуется 1,25 [4, 5];

Y(Эрл) – значение нагрузки, создаваемой аналоговыми абонентами.

V_cod – принятая в задании скорость кодека. Кодек G.711 обеспечивает скорость передачи информации 64 Кбит/с;

R_i – максимальная требуемая скорость i-й группы пользователей ШПД;

N_i – количество пользователей ШПД в i–той группе;

i– группа пользователей с учётом скорости передачи информации;

P_V = 0,6 – 0,8 – вероятность предоставления пользователю требуемой скорости. В учебной задачеусловно принято значение 0,8;

D= 0,1 – 0,5 – доля пользователей ШПД, одновременно пользующихся связью. В учебной задаче условно принято значение 0,5.


Необходимо также предусмотреть резерв на развитие сети ШПД в размере не менее 20% от рассчитанной скорости. В итоге рассчитанный транспортный ресурс составляет 19 Гбит/с. Транспортный ресурс 19 Гбит/с рассчитан для группы 1800 абонентов. Технология GPON предусматривает на один порт OLT (на одно волокно) включать группу 64 или 128 абонентов. Для этого абонентов разделим на 15 групп. Для каждой группы абонентов транспортный ресурс составит 19:15=1,266 Гбит/с.
2.2.5 Расчёт количества сплиттеров S

Сплиттеры организованы в два каскада: первый каскад сплиттеров подключает сеть ШПД к OLT; второй каскад сплиттеров подключает ONT к первому каскаду.

Количество сплиттеров N_S определяется по формуле:
(2.3)
где: N_ONT – количество ONT

L_S – количество пользовательских портов в одном сплиттере (64).

Количество N_S определяется по предложенной формуле для последнего каскада сплиттеров. К сплиттерам подключаются ONT абоненты. Количество сплиттеров первого каскада, подключаемых к портам OLT, определяется исходя из выбранного коэффициента разветвления и из числа сплиттеров на последнем каскаде.

Сплиттеры могут иметь следующие коэффициенты разветвления 1:2; 1:4; 1:8; 1:16; 1:32; 1:64; 1:128. Для последнего каскада выбран коэффициент 1:64. Исходя из этого, количество сплиттеров второго каскада определяется:

Итак, количество сплиттеров второго каскада N_S = 29, но на практике для равномерного распределения нагрузки по портам и возможности дальнейшего развития сети принимаю решение об установке 30 сплитеров. Все абоненты разделены на 30 одинаковых групп по 60 ONT.

Для 30 групп ёмкостью по 60 пользователей используются сплиттеры с S2-1 по S2-30, где S – сплиттер; 2 – второй каскад; 1 – 30 – номер сплиттера второго каскада.

На первом каскаде 30 групп пользователей будет задействовано 15 PON-портов. Поскольку во втором каскаде используются сплиттеры с коэффициентом разветвления 1:64, то на первом каскаде нужно взять 15 сплиттеров с коэффициентом разветвления 1:2. Нумерация сплиттеров S1-1 и S1-15, где S – сплиттер; 1 – первый каскад; 1 и 15 – номера сплиттеров, работающих на первом каскаде.
2.2.6 Разработка структуры сети ШПД

Структуру сети определяют:

- топология,

- схема включения сплиттеров,

- количество сплиттеров на каждом каскаде,

- организация выхода в сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов.

Схема организации связи показана на рисунке 2.1. Участок подсети ШПД по технологии GPON выделен пунктирной линией и обозначен как зона проектирования. Топология подсети – дерево.

Для организации связи в заданной подсети (зоне проектирования) требуется один OLT и 45 сплиттеров. 1800 абонентов по двухкаскадной схеме подключаются к пятнадцати PON-портам оптического линейного терминала OLT. Транспортный ресурс для группы абонентов определён в 1,266 Гбит/с, что позволяет иметь запас (не более 2,5 Гбит/с) по скорости передачи информации на перспективу, т.к. абоненты в будущем могут потребовать увеличения скорости передачи информации.

В направлении от OLT к сети с коммутацией пакетов (т.е. на сетевых портах NP OLT) транспортный ресурс не рассчитывается, т.к. в задаче схема организации связи рассматривается только относительно одной группы абонентов. От SNI-порта линия Ethernet по оптоволокну подключается к пограничному маршрутизатору (Router), который всегда устанавливается на границе пакетной сети.

В направлении от OLT к сети с коммутацией каналов (ГТС) связь организована следующим способом. В пакетной сети речевая информация направляется на маршрутизатор (Router), обеспечивающий передачу речевой информации в направлении к городской телефонной сети с учётом всех требований SLA. Эта информация передаётся в ОТС через универсальный шлюз, где конвертируется из потока Ethernet в потоки Е1 и сигнализацию SS7.

На рисунке 2.1 показана организация связи сети ШПД по технологии GPON с учётом расчётных данных.



2.2.6 Подбор оборудования
Для поддержки отечественного производителя и на основании рассчитанных в предыдущих пунктах данных, выбираю соответствующее оборудование (таблица 2.3).
Таблица 2.3 – Подбор оборудования

Наименование оборудования, количество	Краткие характеристики	Примечание
1	2	3
LTP-16N | 16 портов GPON, 1 комплект	Интерфейсы: LTP-16N. Uplink: 8 портов 10GBase-X (SFP+)/1000Base-Х(SFP) Downlink. 16 портов 2,5/1,25 Гбит/с GPON Режимы портов: Дуплексный режим 1/10 Гбит/с для оптических портов. Параметры SFP PON Среда передачи - оптоволоконный кабель SMF – 9/125, G.652 Коэффициент разветвления – до 1:128	В данном OLT: - для выхода во внешнюю сеть используются два порта из восьми Uplink 10GBase-X (SFP+)/ 1000Base-Х(SFP); - для подключения абонентов используются 15 из 16 портов 2,5/1,25 Гбит/с GPON.
SFP xPON 2,5 GE class C++ (6537E-STH2+), 15 штук	– Соответствует ITU-T G.984.2, FSAN Class C++, SFF-8472 – Максимальная дальность действия – 20 км – Передатчик: 1490nm – Data Rate: 2488Mb/s – Average Launch Power +4..+5.5 dBm – Приемник: 1310nm – Data Rate: 1244Mb/s – Receiver Sensitivity -32 dBm – Receiver Optical Overload -12 dBm – Receiver Burst Mode Dynamic Range 20 dB

Продолжение таблицы 2.3

1	2	3
NTU-RG-5421G-WAC, 1800 комплектов	Параметры интерфейса PON: 1 порт GPON Соответствие ITU-T G.984.2, ITU-T G.984.5 Filter, FSAN Class B+, SFF-8472 Тип разъема - SC/APC Среда передачи - оптоволоконный кабель SMF - 9/125, G.652 Максимальная дальность - 20 км Передатчик: длина волны 1310 нм Скорость передачи данных: 1244 Мбит/c Средняя выходная мощность: +0.5..+5 дБм Приемник: длина волны 1490 нм Скорость передачи данных: 2488 Мбит/c Чувствительность приемника: -28 дБм, BER ≤ 1.0x10-10 Оптическая перезагрузка приемника: -4 дБм Параметры интерфейсов LAN 4 порта Ethernet 10/100/1000BASE-T (RJ-45) Параметры интерфейсов FXS: 1 порт FXS Поддержка протокола SIP: G.729 (A), G.711(A/U), G.723.1 Параметры беспроводного модуля Стандарты 802.11 a/b/g/n/ac Габариты - 187x120x32 мм, настольное исполнение Поддержка стандартов ITU-T G.984.x - GPON ITU-T G.988 OMCI specification

Заключение
В результате выполнения данной работы произведен расчет оборудования узла мультисервисного доступа, число потоков Е1, определена пропускная способность Ethernet-линии. Рассчитан состав УМСД по модулям.

Рассчитаны элементы сети широкополосного доступа по технологии GPON, подобрано оборудование отечественного производителя. Составлена схема зоны проектирования.

Цели работы достигнуты.

Библиография

1. 
   Крук Б.И. Телекоммуникационные системы и сети. Современные технологии [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П.— Электрон.текстовые данные.— М.: Горячая линия - Телеком, 2012.— 620 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/12047.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
   
2. 
   Винокуров В.М. Сети связи и системы коммутации [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Винокуров В.М.— Электрон. текстовые данные.— Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012.— 304 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/13972.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
   
3. 
   Васин Н.Н. Построение сетей на базе коммутаторов и маршрутизаторов [Электронный ресурс]/ Васин Н.Н.— Электрон. текстовые данные.— М.: Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), 2016.— 330 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/16724.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
   
4. 
   Винокуров В.М. Сети связи и системы коммутации [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Винокуров В.М.— Электрон. текстовые данные.— Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012. – 304 c. – Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/13972. – ЭБС «IPRbooks», по паролю
   
5. 
   Васин Н.Н. Построение сетей на базе коммутаторов и маршрутизаторов [Электронный ресурс]/ Васин Н.Н. – Электрон. текстовые данные. – М.: Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), 2016. – 330 c. – Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/16724. – ЭБС «IPRbooks», по паролю
   
6. 
   Быков Ю.П., Егунов М.М., Ромашова Т.И. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Новосибирск, СибГУТИ, 2001. – 54с.
   
7. 
   Маликова Е.Е., Михайлова Ц.Ц., Пшеничников А.П. «Расчёт оборудования мультисервисных сетей связи», М., Горячая линия – Телеком, 2014. – 76с.
   
8. 
   Соколов Н.А. «Задачи планирования сетей электросвязи», НТЦ ПРОТЕЙ, 2012, – 428с.
   
9. 
   eltex.nsk.ru/catalog/ интернет-ресурс компании «Элтекс» (дата обращения 01.09.2021).