Передача дискретных сигналов. Курсовой проект по дисциплине Передача дискретных сообщений на железнодорожном транспорте тема работы Проектирование магистральной сети передачи данных

• Название: Курсовой проект по дисциплине Передача дискретных сообщений на железнодорожном транспорте тема работы Проектирование магистральной сети передачи данных
• Анкор: Передача дискретных сигналов
• Дата: 28.05.2022
• Размер: 391.56 Kb.
• Имя файла: Samarin_PDS_KP_AS-601z (1).docx
• Тип: Курсовой проект; #554177

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Электрическая связь»


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Передача дискретных сообщений на железнодорожном транспорте»

ТЕМА РАБОТЫ

«Проектирование магистральной сети передачи данных»


Обучающийся группы АС-727-з ___________ Симонайтис Д.А.

Подпись, дата И.О. Фамилия


Исправить замечания:_________ ___________ доц. Крючкова Т.В

____________________________ Подпись, дата Должность, И.О. Фамилия

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

Защита: ___________ ___________ доц. Крючкова Т.В.

Зачтено/не зачтено Подпись, дата Должность, И.О. Фамилия
Санкт-Петербург

2022 г.

Оценочный лист

№ п/п	Материалы необходимые для оценки знаний, умений и навыков	Показатель оценивания	Критерии оценивания	Шкала оценивания
1	Пояснительная записка к курсовому проекту	Обоснованность принятых технических решений, подтвержденная соответствующими расчетами и выводами	Все принятые решения обоснованы	30
			Принятые решения частично обоснованы	10
			Принятые решения не обоснованы	0
		Соответствие разработанных чертежей пояснительной записки	Соответствует	20
			Не соответствует	0
		Оформление пояснительной записки и разработанных чертежей	Соответствует требованиям ГОСТ	10
			Не соответствует требованиям ГОСТ	0
		Срок выполнения проекта	Выполнение в срок	10
			Выполнение с опозданием на 1 неделю и более	0
ИТОГО максимальное количество баллов					70

Итоговая оценка

за курсовой проект: _________________________________
Дата: _________________________________
Преподаватель: _________________________________
Подпись: _________________________________

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1.ПОСТРОЕНИЕ КРАТЧАЙШЕСВЯЗАННОЙ СЕТИ 5

2.РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ 7

2.1.Расчет трафика от серверов 7

2.2.Расчет P2P-трафика 8

2.3.Расчет суммарного трафика 9

2.4.Расчет требуемой пропускной способности 9

2.5.Результаты расчётов 10

3.ВЫБОР СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ СВЯЗИ 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 14

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе рассматривается построение магистральной сети передачи данных крупного провайдера связи или предприятия, охватывающей несколько населенных пунктов и обслуживающей несколько тысяч клиентов.

Рассматриваемая сеть состоит из:

• 
  волоконно-оптических каналов передачи информации;
  
• 
  узлов коммутации, располагающихся в каждом населенном пункте;
  
• 
  выходов на сети доступа, находящиеся в каждом населенном пункте, где присутствуют пользователи сети. Структура этих сетей в работе не рассматривается;
  
• 
  датацентров, содержащих серверы, предоставляющие услуги пользователям сети.
  

Рис.1

Передаваемые в сети данные состоят из:

• 
  информации, получаемой пользователями сети с серверов разных датацентров (например, Web-страницы, файлы, потоковое видео);
  
• 
  информации, которой ПК пользователей обмениваются между собой без участия серверов – так называемая Peer-To-Peer (P2P) передача (например, IP-телефонная связь, видеотелефония, распределенная передача файлов по протоколу BitTorrent);
  
• 
  служебной информации, сообщений управления и обслуживания сети.
  

В работе следует спроектировать кратчайшесвязанную сеть, охватывающую все нужные населенные пункты и предоставляющую достаточную скорость передачи для обеспечения связью всех пользователей в период наибольшей нагрузки.

1. ПОСТРОЕНИЕ КРАТЧАЙШЕСВЯЗАННОЙ СЕТИ

Исходными данными к расчету является матрица расстояний между 12 узлами сети.

Для выполнения задачи сеть представляется в виде неориентированного графа, в котором вершины соответствуют узлам сети, а вес каждого потенциального ребра равен расстоянию между соответствующими узлами. Для построения графа минимального веса применяется алгоритм Прима.

В аналитическом виде алгоритм Прима может быть выполнен в следующей форме:

1. 
   Составляется пустая таблица, имеющая n-1 столбцов и 2n-3 строк (не включая заголовок), где n – число узлов в сети.
   
2. 
   Произвольно выбирается начальная вершина. Все остальные вершины записываются в заголовок таблицы по столбцам.
   
3. 
   В ячейки первой строки записывается вес всех потенциальных ребер, соединяющих начальную вершину с вершинами, соответствующими каждому столбцу.
   
4. 
   По последней заполненной строке выбирается минимальное ребро и присоединяется к графу. В дальнейшем столбец, в котором находилось это ребро, выбывает из анализа.
   
5. 
   В ячейки следующей строки записывается вес всех потенциальных ребер, соединяющих вершину, соответствующую выбывшему на шаге 4 столбцу с вершинами, соответствующими остальным столбцам.
   
6. 
   В следующую строку в каждую ячейку записывается минимум из весов двух ребер, находящихся в том же столбце в предыдущей и пред-предыдущей строках.
   
7. 
   Если в последней заполненной строке осталось одно ребро, оно присоединяется к графу и работа заканчивается. Если ребер больше, возвращаемся к шагу 4.
   

Рабочая таблица алгоритма Прима при выборе начальной вершины A представлена ниже.

B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	Комментарий
51	80	75	95	134	96	62	81	113	98	40	A, A-L
51	75	75	95	134	94	62	81	113	98	-	L, A-B
-	35	35	68	103	87	60	81	113	98	-	B, B-C
-	-	35	40	69	69	60	81	113	98	-	C, B-D
-	-	-	40	69	69	48	81	113	90	-	D, C-E
-	-	-	-	38	34	48	81	113	90	-	E, E-G
-	-	-	-	38	-	48	81	113	90	-	G, E-F
-	-	-	-	-	-	48	81	113	90	-	F, H-D
-	-	-	-	-	-	-	38	92	46	-	H,H-I
-	-	-	-	-	-	-	-	55	20	-	I, I-K

Схема кратчайшесвязанной сети представлена на рисунке 2.


F

C

D

K


H

B


E

I


A

G

J




L


Рис. 2. Схема кратчайшесвязанной сети

2. РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ

1. Расчет трафика от серверов

Расчет выполняется для каждого из каналов связи в схеме.


П
Для расчета месячного трафика, передаваемого в каждом направлении по каналу связи, все узлы сети делятся на две группы, располагающиеся с одной и с другой стороны канала. Для удобства дальнейшего рассмотрения стороны будут обозначаться как «левая» (Л) и «правая» (П). На рисунке 3 представлена схема сети, на которой обозначены все возможные разделения.


П

П

П

Л

F

C

D

K


Л

П

Л

Л

Л

П

П

H

B


Л

Л

E

I


П

Л

Л

П

A

G

J


П

Л


Л

П


L


Рис. 3. Схема кратчайшей связанной сети c разделением по группам.
Трафик от серверов, передаваемый в направлении с левой стороны в правую, будет исходить от серверов всех узлов левой стороны и предназначаться для пользователей всех узлов правой стороны. Таким образом, среднемесячное значение этого трафика может быть посчитано как



Аналогичным образом рассчитывается трафик от серверов с правой стороны:



Результаты расчётов представлены в таблице 2.

2. Расчет P2P-трафика

Расчет этого вида трафика, так же, как и трафика от серверов, выполняется для каждого из каналов связи в схеме.

Поскольку число пользователей в сети велико, то можно считать, что обмен трафиком P2P между пользователями производится в среднем равномерно. Среднее значение трафика, полученного одним пользователем от каждого из остальных, будет равно:



Из-за большого суммарного числа пользователей единицей в знаменателе можно пренебречь, таким образом, формула упрощается до:



Трафик P2P, передаваемый в направлении с левой стороны в правую, будет исходить от пользователей всех узлов левой стороны и предназначаться для пользователей всех узлов правой стороны. Таким образом, среднемесячное значение этого трафика может быть посчитано как:



Аналогично,



Результаты расчёта p2p – трафика представлены в таблице 2.

3. Расчет суммарного трафика

Суммарный трафик по каждому каналу складывается из трафика от серверов и трафика P2P. Кроме того, служебная информация, запросы, пакеты TCP ACK, подтверждения приема в протоколах пользовательского уровня и др. дают дополнительную нагрузку порядка 15% от трафика, передаваемого в противоположном направлении. Итого, среднемесячный трафик от левой стороны в правую составит



Аналогичным образом рассчитывается трафик противоположного направления

Результаты расчёта трафика представлены в таблице 2.

4. Расчет требуемой пропускной способности

Поскольку все предполагаемые к использованию системы передачи являются симметричными, для расчета пропускной способности выбирается направление ( или ), трафик в котором больше. С учетом коэффициентов концентрации нагрузки, трафик в час наибольшей нагрузки (ЧНН) составит



где Т – трафик выбранного направления (ЛП или ПЛ)

Трафик за ЧНН будем считать равномерным. Поскольку 1 час равен 3600 секундам, а в 1 байте содержится 8 бит, требуемая пропускная способность при условии выражения в мегабайтах составит



Результаты расчёта пропускной способности представлены в таблице 2.

5. Результаты расчётов

Результаты всех расчётов для удобства сведены в таблицу 2.

	Tcл-п	Tcп-л	Tp2pл-п	Tp2p1	Tл-п	Tп-л	T	B
J-I	0,0	24900000,0	21120000,0	0,4	28023000,0	49188000,0	49188000,0	1311,7
K-I	118720000,0	145860000,0	123129600,0	0,4	282198040,0	305267040,0	305267040,0	8140,5
I-H	141040000,0	333720000,0	233798400,0	0,4	459966160,0	623744160,0	623744160,0	16633,2
HD	213200000,0	298080000,0	233798400,0	0,4	526780160,0	598928160,0	598928160,0	15971,4
DB	442000000,0	186450000,0	235950000,0	0,4	741310000,0	524092500,0	741310000,0	19768,3
LA	0,0	181770000,0	133940400,0	0,4	181296960,0	335801460,0	335801460,0	8954,7
AB	71610000,0	339720000,0	223559600,0	0,4	379661540,0	607555040,0	607555040,0	16201,5
BC	301070000,0	203980000,0	233063600,0	0,4	599690140,0	517163640,0	599690140,0	15991,7
CE	347760000,0	108570000,0	233063600,0	0,4	632068640,0	428757140,0	632068640,0	16855,2
E-F	182400000,0	86100000,0	144320000,0	0,4	361283000,0	279428000,0	361283000,0	9634,2
EG	364980000,0	40320000,0	227673600,0	0,4	632852640,0	356891640,0	632852640,0	16876,1

Таблица 2

Пример расчёта для 3-ой строки таблицы:

1. 
   Расчёт трафика серверов:
   

2. 
   Расчёт Р2Р-трафика:
   

Среднее значение трафика, полученного одним пользователем от каждого из остальных:



Среднемесячное значение Р2Р-трафика:

3. 
   Расчёт суммарного трафика:
   

4. 
   Расчёт требуемой пропускной способности:
   

Трафик в час наибольшей нагрузки:



Требуемая пропускная способность:




15991

15971

8140

F

C

D

K


19768

16855

H

B


1311

9634

16633

E

I


16201

A

G

J


16876


8954


L


Рис. 4 Схема сети связи с указанием требуемой пропускной способности

3. ВЫБОР СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ СВЯЗИ

Для организации связи между узлами предлагается применение систем на базе технологии Ethernet с использованием волоконно-оптических кабелей.

На выбор предлагаются следующие разновидности таких систем:

Таблица 3

Название стандарта	Пропускная способность	Средняя пропускная способность с учётом накладных расходов, Мбит/с	Максимальная длина участка, км
100BASE-BX	100	85	40
1000BASE-LH	1000	850	100
10GBASE-ER	10312	8700	40

В соответствии с требованиями к пропускной способности, полученными в предыдущем разделе, выбирается система передачи (или несколько параллельных систем), достаточных для обеспечения требуемой пропускной способности с учетом накладных расходов.

Следует считать, что в среднем система каждого следующего уровня имеет стоимость втрое больше системы предыдущего уровня.

В таблице 4 показан расчет необходимого оборудования/




Рис. 5. Схема связи, соответствующая требуемой пропускной способности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была разработана магистральная сеть передачи данных. На основе известных расстояний между узлами была построена схема кратчайшесвязной сети, полученная с помощью алгоритма Прима.

По известным значениям количества пользователей в узлах и среднемесячному потреблению трафика каждым пользователем была рассчитана пропускная способность каждого канала между парами узлов.

На основе полученных значений пропускной способности составлена схема систем передачи данных на базе технологии Ethernet с использованием волоконно-оптических кабелей.

В соответствии с количеством пользователей в каждом узле сети назначена адресация сети, обеспечивающая IP-адресами каждого пользователя сети.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектирование магистральной сети передачи данных/ Е.А. Павловский: методические указания к курсовому проектированию – Санкт-Петербург, : ПГУПС, 2013.

Приложение


10.0.128.0/18

10.0.160.0/18-E

10.0.128.0/18-A

10.0.64.0/18

10.0.224.0/21-J

10.0.96.0/19-L


10.0.64.0/19-K


10.0.48.0/21-РЕЗЕРВ

10.0.224.0/20

10.0.240.0/21-G

10.0.192.0/19-I

10.0.32.0/20-РЕЗЕРВ

10.0.248.0/21-I

10.0.232.0/21-D

10.0.32.0/19

10.0.0.0/19-F


10.0.240.0/20

10.0.224.0/19

10.0.192.0/18

10.0.128.0/17

10.0.56.0/21-B

10.0.48.0/20

10.0.0.0/18

10.0.0.0/17

10.0.0.0/16