Проектирование мультисервисной АТМ сети
Федеральное агентство связи
Поволжская государственная академия
телекоммуникаций и информатики
Кафедра ПДС
Сдана на проверку
«___»_______________2007г.
Защищена с оценкой _________
«___»_________________2007г.
Курсовой проект
Проектирование мультисервисной АТМ сети
Пояснительная записка
на_30_листах
Выполнил студент группы СК-34 Юшков И.Н.
Руководитель: Киреева Н.В.
№ зач. книжки 03066
Самара 2007г.
Рецензия.
Содержание.
- Задание.
Спроектировать корпоративную ATM сеть, предоставляющую транспортные услуги передачи для корпоративного и коммерческого трафика. Узлы сети располагаются в зданиях городских АТС, так как здесь находятся основные коммуникационные центры и сосредоточение магистральных каналов, а также подобное размещение оборудования позволяет решить проблему гарантированного электропитания. Сеть имеет кольцевую топологию. Основой сети является центральный узел (ЦУ) и 9 дополнительных узлов (ДУ). В ЦУ находится центральный маршрутизатор доступа в Интернет, к ЦУ подключен расчетный центр. Подключение к узлам сети ЛВС, ОЭС, РУЭС и коммерческих клиентов отображено в таблицах требуемой гарантированной скорости передачи 2.1-2.6.
Исходными данными в общем случае являются планируемая корпоративная и коммерческая нагрузка, профиль трафика и требования к услугам.
Для проектирования корпоративной ATM сети необходимо выполнить следующее:
- Выполнить расчет пропускной способности ATM магистрали с учетом протокольной избыточности и тяготения узлов и с учетом рекомендуемого коэффициента загрузки сети (раздел 4.3). Исходные данные содержатся в таблицах 2.1 и 2.6.
- Выполнить расчет характеристик передачи (задержки и вариации задержки
ячеек, потери ячеек по времени) для потоков с различным приоритетом обслуживания при планируемом коэффициенте загрузки каналов сети, а также при коэффициенте загрузки каналов, равным 0.1, 0.3, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9. Исходные данные содержатся в таблицах 2.7 -2.8. В таблице 2.8 профиль трафика показывает соотношение интенсивностей трафика типов CBR, VBR, UBR. - На основе результатов п.2 и требований к услугам (таблицы 2.9 - 2.12)
выбрать допустимый коэффициент загрузки каналов ATM сети, удовлетворяющий требованиям к услугам по качеству обслуживания (QoS) и требованиям со стороны приложений. - На основе описания структуры сети и трафика сети выполнить привязку корпоративной сети к базовым структурам и построить структурную схему корпоративной ATM сети на основе оборудования заданного производителя (табл. 2.13).
- Описать решение по организации центрального узла ATM сети. Решение включает схему организации узла ATM сети, схему организации ЛВС узла, описание предоставляемых услуг, описание назначения и характеристик используемого оборудования. При выполнении этого пункта рекомендуется не ограничиваться материалами учебного пособия и использовать источники Интернет (сайты производителей ATM оборудования).
- Построить схему межузловой системы синхронизации ATM сети и описать режимы ее работы.
- Исходные данные.
Таблица 2.1. Гарантированные скорости подключения ЛВС, Кбит/с
1 (ЦУ) |
2 (ДУ) |
3 (ДУ) |
4 (ДУ) |
5 (ДУ) |
6 (ДУ) |
7 (ДУ) |
8 (ДУ) |
9 (ДУ) |
10 (ДУ) |
192 |
128 |
128 |
64 |
192 |
Таблица 2.2. Гарантированные скорости подключения ОЭС, Кбит/с
1 (ЦУ) |
2 (ДУ) |
3 (ДУ) |
4 (ДУ) |
5 (ДУ) |
6 (ДУ) |
7 (ДУ) |
8 (ДУ) |
9 (ДУ) |
10 (ДУ) |
256 |
128 |
192 |
192 |
192 |
Таблица 2.3. Гарантированные скорости подключения РУЭС, Кбит/с
1 (ЦУ) |
2 (ДУ) |
3 (ДУ) |
4 (ДУ) |
5 (ДУ) |
6 (ДУ) |
7 (ДУ) |
8 (ДУ) |
9 (ДУ) |
10 (ДУ) |
10 |
10 |
10 |
5 |
5 |
Таблица 2.4. Коммутируемый доступ коммерческих клиентов, Кбит/с
1 (ЦУ) |
2 (ДУ) |
3 (ДУ) |
4 (ДУ) |
5 (ДУ) |
6 (ДУ) |
7 (ДУ) |
8 (ДУ) |
9 (ДУ) |
10 (ДУ) |
192 |
192 |
128 |
128 |
128 |
128 |
64 |
128 |
128 |
64 |
Таблица 2.5. Н-доступ коммерческих клиентов, Кбит/с
1 (ЦУ) |
2 (ДУ) |
3 (ДУ) |
4 (ДУ) |
5 (ДУ) |
6 (ДУ) |
7 (ДУ) |
8 (ДУ) |
9 (ДУ) |
10 (ДУ) |
192 |
144 |
192 |
144 |
256 |
Таблица 2.6. В-доступ коммерческих клиентов, Кбит/с
1 (ЦУ) |
2 (ДУ) |
3 (ДУ) |
4 (ДУ) |
5 (ДУ) |
6 (ДУ) |
7 (ДУ) |
8 (ДУ) |
9 (ДУ) |
10 (ДУ) |
384 |
256 |
384 |
2752 |
320 |
Таблица 2.7. SDH-кольцо
Длина, S, км |
250 |
Скорость канала, С, Мбит/с |
155 |
Таблица 2.8. Профиль трафика
Профиль трафика λ1 : λ2 : λ3 |
5:5:10 |
Табл.2.9. Классы и параметры QoS в соответствии с Форумом ATM
Характеристики
|
Категория услуг переноса | ||||
CBR |
rt-VBR |
nrt-VBR |
ABR |
HUBR | |
Класс QoS |
Класс 1 QoS |
Класс 2 QoS |
Класс 3 QoS |
Класс З QoS |
He специфицировано |
Параметры QoS |
CLR, СТО, CDV |
CLR, CTD, CDV |
CLR |
CLR |
— |
СLR (Cell Loss Ratio) - коэффициент потерь ячеек,
CTD (Cell Transfer Delay) - время задержки переноса ячеек,
CDV (Cell Delay Variation) - отклонение времени задержки переноса ячеек.
Табл.2.10. Значения параметров QoS для классов QoS в соответствии с МСЭ-Т
Класс QoS
|
Значение параметров QoS | ||||||
СТD |
CDV |
CLR(0+1) |
CLR(0) |
CER |
CMR |
SECBR | |
Класс 1 QoS |
400мс |
З мс |
3∙10-7 |
Нет |
4∙10-6 |
1 ячейка вдень |
1∙10-4 |
|
Класс 2 QoS |
Не определено |
1∙10-7 |
Нет |
4∙10-6 |
1 ячейка вдень |
1∙10-4 | |
|
Класс 3 QoS |
Не определено |
1∙10-5 |
4∙10-6 |
1 ячейка вдень |
1∙10-4 | ||
|
Класс 4 QoS |
400мс |
6 мс |
Нет |
3∙10-7 |
4∙10-6 |
1 ячейка вдень |
1∙10-4 |
|
Класс U QoS |
Не определено | ||||||
CER (Cell Error Ratio) - коэффициент ошибочных ячеек,
CMR (Cell Misinsertion Ratio) - доля ячеек, принимаемых не по адресу назначения,
SECBR (Severaly-Errored Block Ratio) - коэффициент пораженных блоков.
Табл. 2.11. Примеры приложений, категории услуг, классы QoS, параметры трафика
Пример трафика |
Категория услуги переноса Форума ATM |
Класс QoS Форума ATM |
Параметры QoS |
Параметры трафика |
Эмуляция синхронных цифровых каналов |
CBR |
QoSl |
CTD,CDV, CLR |
PCR,CDVT |
Передача аудио/видео
|
CBR |
QoS 1 |
CTD,CDV, CLR |
PCR,CDVT |
rt-VBR |
QoS 2 |
CTD,CDV, CLR |
PCR,CDVT, SCR,MBS | |
Передача аудио/видео |
nrt-VBR |
QoS3 |
CLR |
PCR,CDVT, SCR,MBS |
Передача данных по протоколам SMDS, FR |
nrt-VBR |
QoS3 |
CLR |
PCR,CDVT, SCR,MBS |
Передача данных по протоколу IP
|
ABR |
QoS4 |
CLR |
PCR,CDVT, MCR |
UBR |
He специфици-poванный QoS |
— |
PCR | |
Службы с запросом информации (размер буфера приема ограничен)
|
CBR |
QoSl |
CTD,CDV, CLR |
PCR,CDVT |
rt-VBR |
QoS 2 |
CTD,CDV, CLR |
PCR,CDVT, SCR,MBS | |
Передача речевой/видео
|
ABR |
QoS3 |
CLR |
, PCR,CDVT, MCR |
UBR |
He специфици-рованный QoS |
— |
PCR | |
Передача файлов, изображений
|
ABR |
QoS 3 или 4 |
CLR |
PCR,CDVT, MCR |
UBR |
He специфици рованный QoS |
— |
PCR |
Табл. 2.12. Требования со стороны приложений
Приложение |
Симметричность соединения |
Скорость передачи |
Задержка |
Вариация задержки |
Потери |
Речевая телефония |
Двунаправленное |
4-64 KB |
<150мс |
<1 мс |
<3% PLR |
Речевое сообщение |
Однонаправленное |
4-32 KB |
<1 с для проигрывания, <2 с для записи |
<1 мс |
<3% PLR |
Потоковое аудио |
Однонаправленное |
16-1 28 KB |
<10с |
<<1 мс |
<1%PLR |
Видеотелефония |
Двунаправленное |
16-3 84 KB |
< 150 мс |
<1%PLR | |
Однонаправленное видео |
Однонаправленное |
16-3 84 KB |
<10с |
<1%PLR | |
Web-HTML |
однонаправленное |
10KB |
<2с/страница (<4с/стр.) |
— |
0 |
Передача (прием) файлов |
Однонаправленное |
10KB-10MB |
<15с(<60с) |
— |
0 |
Трансакционные услуги, например, е-commerce |
Двунаправленное |
<10КВ |
<2с (<4с) |
— |
0 |
Неподвижные изображения |
Однонаправленное |
<100КВ |
<15с(<60с) |
— |
0 |
Интерактивные игры |
Двунаправленное |
<1 KB |
<200 мс |
— |
0 |
Telnet |
Двунаправленное (асимметричное) |
<1КВ |
<200 мс |
— |
0 |
E-mail (доступ к серверу) |
Однонаправленное |
<10КВ |
<2с (<4с) |
— |
0 |
E-mail (от сервера к серверу) |
Однонаправленное |
<10КВ |
До нескольких минут |
— |
0 |
Факс в реальном времени |
Однонаправленное |
10 KB |
<30 с/страница |
— |
<10-6 BER |
Факс с сохранением |
Однонаправленное |
10 KB |
До нескольких минут |
— |
<10-6 BER |
Низкоприоритетные транзакции |
Однонаправленное |
<10КВ |
<30с |
— |
0 |
Сеть Usenet (распределенная система электронных досок объявлений) |
Однонаправленное |
До 1 MB и более |
До нескольких минут |
— |
0 |
Таблица 2.13. Производители ATM оборудования
Фирма |
Lucent |
Оценка пропускной способности магистрали АТМ.
Расчет планируемой нагрузки сети.
Нагрузка сети включает корпоративный трафик и коммерческий трафик.
Корпоративный трафик складывается из следующих составляющих:
- трафик отделений электросвязи (ОЭС), который создается в результате функционирования Единой системы расчетов с клиентами;
- трафик между АТС, который создается районными узлами электросвязи (РУЭС) в результате функционирования централизованной системы биллинга;
- трафик между ЛВС узлов сети, который создается в результате функционирования различных информационных систем и обмена данными.
- Для передачи корпоративного трафика ЛВС используется технология LANE. Данные по требуемой гарантированной скорости передачи по сети приведены в таблицах 2.1-2.3.
Таблица 3.1 Гарантированная скорость передачи по корпоративной сети
Узлы сети |
1 |
3 |
5 |
7 |
10 |
Нагрузка от ОЭС, Кбит/с |
256 |
128 |
192 |
192 |
192 |
Нагрузка от РУЭС, Кбит/c |
10 |
10 |
10 |
5 |
5 |
Нагрузка ЛВС узла,Кбит/c |
192 |
128 |
128 |
64 |
64 |
Нагрузка, Кбит/с |
458 |
266 |
330 |
261 |
261 |
Доля нагрузки |
0,29 |
0,1688 |
0,2094 |
0,1656 |
0,1656 |
Коммерческий трафик складывается из следующих составляющих:
- Трафик клиентов, подключаемых по коммутируемым линиям (скорость доступа 14.4 - 45 Кбит/с, dial-up). Трафик создается абонентами АТС, которые являются пользователями транспортных услуг корпоративной сети, к ним относятся физические лица и малые предприятия с единственным компьютером. Для передачи трафика используется протокол адаптации AAL1.
- Трафик клиентов низкоскоростного доступа, подключаемых по выделенным линиям со скоростью до 128 Кбит/с (Н-доступ). Трафик создается средними и малыми предприятиями и юридическими лицами. Для передачи трафика используется протокол адаптации AAL5.
- Трафик клиентов высокоскоростного доступа, подключаемых по выделенным линиям со скоростью свыше 128 Кбит/с (В-доступ). Трафик создается крупными предприятиями. Для передачи трафика используется протокол адаптации AAL5.
Таблица 3.2 Гарантированная скорость передачи по коммерческой сети.
Узлы сети |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Нагрузка от АТС,Кбит/с |
192 |
192 |
128 |
128 |
128 |
128 |
64 |
128 |
128 |
64 |
H-доступ, Кбит/c |
192 |
144 |
192 |
144 |
256 | |||||
B-доступ, Кбит/c |
384 |
256 |
384 |
2752 |
320 | |||||
Нагрузка, Кбит/с |
768 |
192 |
528 |
128 |
704 |
128 |
2960 |
128 |
128 |
640 |
Доля нагрузки |
0,1218 |
0,0304 |
0,0837 |
0,0203 |
0,1116 |
0,0203 |
0,4693 |
0,0203 |
0,0203 |
0,1015 |
Оценка полосы пропускания.
Необходимая полоса пропускания рассчитывается с учетом протокольной избыточности, тяготения узлов, рекомендуемого коэффициента загрузки каналов связи и с учетом развития сети.
Учет протокольной избыточности.
Протокольная избыточность задается коэффициентом р, который учитывает долю заголовков при инкапсуляции трафика в ячейки ATM. Коэффициент протокольной избыточности позволяет оценить потребность в полосе пропускания с учетом заголовков.
(3.1)
где В - планируемая нагрузка, Кбит/с,
R - требуемая скорость передачи с учетом заголовков, Кбит/с.
где L — длина кадра (или пакета), инкапсулируемого в ячейки ATM, байт,
т - длина заголовков и концевиков инкапсуляции, байт,
п - длина блока (44-48 байт) на подуровне сегментации AAL, байт.
Рассмотрим учет протокольной избыточности для различного трафика корпоративной сети.
Корпоративный трафик ЛВС передается на основе протоколов эмуляции локальных сетей LANE (рис.3.1). Упаковка кадров Ethernet в ячейки ATM показана на рис. 3.2.
Рис. 3.1. Взаимодействие узлов Ethernet через ATM сеть.
Кадр Ethernet
Рис. 3.2. Упаковка кадра Ethernet в ячейки ATM
Протокольная избыточность LANE на уровне ATM равна:
При L = 1000байт .
Телефонную нагрузку создают клиенты, подключаемые по коммутируемым линиям (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Передача телефонной нагрузки по ATM
Для передачи телефонного трафика используется технология эмуляции каналов (CES), схема формирования ячеек показана на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Формирование ячеек протоколом AAL1.
Протокольная избыточность технологии CES на уровне ATM равна:
Трафик клиентов, подключаемых по выделенным линиям (с Н-доступом и В-доступом), передается с помощью протокола адаптации AAL5. Для подключения коммерческих клиентов по выделенным линиям могут использоваться порты V.35 и El Channilized коммутаторов ATM (рис. 4.5).
Рис. 3.5. Наложенная сеть коммерческого клиента
При преобразовании кадра FrameRelay в ячейки ATM из кадра УЗД удаляются флаги, нулевые биты, вставленные при операции битстаффинга, и контрольная последовательность, после чего он помещается в блок PDU подуровня FRSSCS. Затем используется функция AAL5 CPCS (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Преобразование кадра FrameRelay в ячейки ATM
Протокольная избыточность преобразования кадров FrameRelay в ячейки ATM равна:
При L = 1000 байт рAAL5 =1,165.
Корпоративный трафик ЛВС передается с использованием технологии LANE, соответственно:
Корпоративный трафик от ОЭС передается по выделенным линиям:
Корпоративный трафик от РУЭС передается по коммутируемым линиям:
Трафик клиентов, подключаемых по коммутируемым линиям передается на основе технологии CES:
Трафик клиентов, подключаемых по выделенным линиям (с Н-доступом и В-доступом), передается с помощью протокола адаптации AAL5:
Планируемая нагрузка B берется из исходных данных (таблицы 2.1. – 2.6.).
Результаты расчетов приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3. Гарантированные скорости подключения с учетом протокольной избыточности, Кбит/с
Узел |
RЛВС |
RОЭС |
RРУЭС |
RКоммут. |
RH-дост. |
RB-дост. |
|
1 |
224,064 |
298,24 |
11,28 |
216,576 |
223,68 |
447,36 |
2 |
216,576 |
|||||
3 |
149,38 |
149,12 |
11,28 |
144,384 |
167,76 |
298,24 |
4 |
144,384 |
|||||
5 |
149,38 |
223,68 |
11,28 |
144,384 |
223,68 |
447,36 |
6 |
144,384 |
|||||
7 |
74,69 |
223,68 |
5,64 |
72,192 |
167,76 |
3206,08 |
8 |
144,384 |
|||||
9 |
144,384 |
|||||
10 |
74,69 |
223,68 |
5,64 |
72,192 |
298,24 |
372,8 |
Учет тяготения узлов.
Тяготение узлов учитывает схему связи между узлами. Примем схему связи между узлами по принципу "каждый с каждым". В этом случае объем трафика, передаваемого от i-узла j-узлу, пропорционален произведению Vi ∙ Vj, где Vi - доля нагрузки i-узла. Тогда требуемая скорость передачи трафика от i-узла j-узлу равна
где BΣ - суммарное значение скорости передачи для всей сети.
Требуемая скорость передачи пересчитывается отдельно для корпоративного и коммерческого трафика.
Таблица 3.4. Требуемая скорость передачи для каналов сети для корпоративных пользователей, Кбит/с
Узлы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
- |
77,148 |
95,704 |
75,686 |
75,686 | |||||
2 |
- |
|||||||||
3 |
- |
55,706 |
44,054 |
44,054 | ||||||
4 |
- |
|||||||||
5 |
- |
54,65 |
54,65 | |||||||
6 |
- |
|||||||||
7 |
- |
43,219 | ||||||||
8 |
- |
|||||||||
9 |
- |
|||||||||
10 |
- |
Таблица 3.5. Требуемая скорость передачи для каналов сети для коммерческих пользователей, Кбит/с
Узлы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
- |
23,342 |
64,267 |
15,587 |
85,69 |
15,587 |
360,341 |
15,587 |
15,587 |
77,934 |
2 |
- |
16,04 |
3,89 |
21,387 |
3,89 |
89,937 |
3,89 |
3,89 |
19,452 | |
3 |
- |
10,711 |
58,885 |
10,711 |
247,624 |
10,711 |
10,711 |
53,556 | ||
4 |
- |
14,282 |
2,598 |
60,057 |
2,598 |
2,598 |
12,989 | |||
5 |
- |
14,282 |
330,165 |
14,282 |
14,282 |
71,408 | ||||
6 |
- |
60,057 |
2,598 |
2,598 |
12,989 | |||||
7 |
- |
60,057 |
60,057 |
300,284 | ||||||
8 |
- |
2,598 |
12,989 | |||||||
9 |
- |
12,989 | ||||||||
10 |
- |
Таблица 3.6. Требуемая скорость передачи для каналов сети для корпоративных и коммерческих пользователей, Кбит/с
Узлы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
- |
23,342 |
141,415 |
15,587 |
181,394 |
15,587 |
436,027 |
15,587 |
15,587 |
153,62 |
2 |
- |
16,04 |
3,89 |
21,387 |
3,89 |
89,937 |
3,89 |
3,89 |
19,452 | |
3 |
- |
10,711 |
114,591 |
10,711 |
291,678 |
10,711 |
10,711 |
97,61 | ||
4 |
- |
14,282 |
2,598 |
60,057 |
2,598 |
2,598 |
12,989 | |||
5 |
- |
14,282 |
384,815 |
14,282 |
14,282 |
126,058 | ||||
6 |
- |
60,057 |
2,598 |
2,598 |
12,989 | |||||
7 |
- |
60,057 |
60,057 |
343,503 | ||||||
8 |
- |
2,598 |
12,989 | |||||||
9 |
- |
12,989 | ||||||||
10 |
- |
