Проектирование сетевой конфигурации на основе NGN решений
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. Н.Э. БАУМАНА
Курсовой проект
По дисциплине:
«Системы и сети связи»
На тему:
«Проектирование сетевой конфигурации на основе NGN решений»
Студент группы
ИУ 10-82:
Азаров Александр Игоревич
Руководитель
курсового проекта:
Богомолова Наталья Егоровна
г. Москва, 2013
Оглавление
Введение
Сети следующего поколения (NGN) отражают процесс слияния двух отраслей — телекоммуникационной и информационной, проще говоря, телефонной и компьютерной. Благодаря этому обеспечивается широкий набор услуг, начиная с классических услуг телефонии и кончая различными услугами передачи данных или их комбинацией.
На самом деле сети нового поколения — это плод столетнего эволюционного развития телекоммуникаций, в котором масштабируемость и надежность телефонной сети общего пользования сочетаются с охватом и гибкостью сети Интернет.
Согласно простейшему определению, сеть нового поколения — это открытая, стандартная пакетная инфраструктура, которая способна эффективно поддерживать всю гамму существующих приложений и услуг, одновременно обеспечивая необходимую масштабируемость, чтобы принять завтрашнюю нагрузку по IP-трафику, и гибкость, позволяющую быстро реагировать на новые требования. Обязательным условием является конвергенция, причем применительно ко всем аспектам: от конвергенции приложений (например, передачи речи и данных) до конвергенции инфраструктур (например, оптики и IP).
Сеть следующего поколения
становится универсальной телекоммуникационной
инфраструктурой, способной обеспечить
все потребности связи и передачи
данных. Она соединяет между собой
Интернет, обычные телефонные и
беспроводные сети. Более того, у
пользователей появилась возможность
«конструировать» коммуникационные
сервисы в соответствии со
своими потребностями. NGN имеет степень
надежности, характерную для ТфОП,
и обеспечивает низкую стоимость передачи
в расчете на единицу объема информации,
приближенную к стоимости передачи данных
по Интернету.
NGN открывает массу возможностей
построения наложенных сервисов
поверх универсальной транспортной
среды — от пакетной телефонии
(VoIP) до интерактивного телевидения и WEB-служб.
Сеть нового поколения отличается доступностью
сервисов вне зависимости от местоположения
пользователя и используемых им интерфейсов
(Ethernet, xDSL, Wi-Fi и т. д.). Пользователь сети
имеет доступ к любым сервисам.
Преимущества сети NGN
- Во-первых, надежность и безопасность. Привычные нам кольцевые волоконно-оптические сетевые структуры (к примеру, сети SDH), в которых производится дублирование информационных потоков по схеме 1+1, продолжают функционировать при обрыве кабеля. Зато двойной обрыв — уже трагедия. Сеть NGN имеет гораздо большую живучесть благодаря функции MPLS Fast Reroute, которая оперативно реагирует (менее чем за 50 мс) на обрывы связи и перенаправляет информационные потоки на неповрежденные участки сети.
- Во-вторых, управление, гибкость и масштабирование. Системный администратор сети управляет своей сетью, состоящей из фрагментов в различных офисах, вводя новых пользователей или манипулируя с выделенной клиенту телефонной номерной емкостью через простой WEB-интерфейс в реальном времени. После запроса пользователя изменение параметров услуг происходит практически мгновенно. К тому же обеспечиваются регулирование скорости доступа к сети NGN для каждой конкретной услуги, назначение класса обслуживания (CoS) для конкретного типа трафика, изменение критериев соответствия типа трафика классу обслуживания и другие.
- В-третьих, развитый телефонный сервис, прежде всего набор услуг IP-Centrex. Эти услуги сеть NGN предоставляет в рамках организации виртуальной IP-PBX. При этом обеспечивается поддержка функциональности современных систем корпоративной IP-телефонии. IP-Centrex подразумевает также организацию полнофункционального Call-центра.
- В-четвертых, операторы могут использовать возможности классификации трафика для предоставления услуг, требующих высокого приоритета, например, передачи голоса по IP. Этим с успехом могут пользоваться и клиенты, оперативно изменяя параметры соединения через Web-интерфейс.
- В-пятых, обеспечиваются высокое качество (QoS) и соблюдение соглашений об уровне обслуживания (SLA). Сеть NGN способна гибко управлять трафиком, учитывая резервирование полосы пропускания, пропускную способность и текущую нагрузку каналов, приоритезацию трафика и другое.
В структуре сетей NGN присутствует несколько элементов, представляющих собой отдельные устройства или произвольные комбинации в интегрированном устройстве. Наиболее важными элементами сети NGN являются:
Медиа-шлюз (MG) терминирует голосовые вызовы из телефонной сети, сжимает и пакетирует голос, передает сжатые голосовые пакеты в сеть IP, а также проводит обратную операцию для голосовых вызовов из сети IP. В случае вызовов ISDN/POTS передает данные сигнализации контроллеру медиа-шлюза или же преобразования сигнализации в сообщения Н.323 производится в самом шлюзе.
Наряду с вышеописанным медиа-шлюз может также включать функциональность для удаленного доступа, маршрутизации, виртуальных частных сетей, фильтрования трафика TCP/IP и тому подобное.
Шлюз сигнализации (SG) служит для преобразования сигнализации и обеспечивает ее прозрачную передачу между коммутируемой и пакетной сетью. Он терминирует сигнализацию и передает сообщения через сеть IP контроллеру медиа-шлюза или другим шлюзам сигнализации.
Контроллер медиа-шлюза (MGC) выполняет регистрацию и управляет пропускной способностью медиа-шлюза. Через медиа-шлюз обменивается сообщениями с телефонными станциями.
1. Исходные данные
В зону проектирование входят:
- Три резидентных шлюза (RAGW1, RAGW2, RAGW3), каждый из которых обслуживает свою группу пользователей телефонии, ISDN, сетей доступа, PBX и LAN (количество пользователей указано в таблице 1.1)
- Три магистральных шлюза (TGW1, TGW2, TGW3,), обеспечивающих подключение трех существующих в регионе сетей связи общего пользования (ССОП)
- SoftSwitch
- Транспортная пакетная сеть из трех коммутаторов (SW1, SW2, SW3)
Шлюз доступа |
Число терминалов PSTN, подключаемых к сетям доступа пакетной сети |
Число терминалов ISDN, подключаемых по BRA к сетям доступа пакетной сети |
Число подключаемых PBX и количество потоков типа E1 от каждой |
Число подключаемых LAN и количество абонентов в каждой |
Число подключаемых сетей доступа и количество потоков типа E1 от каждой |
RAGW 1 |
7000 |
120 |
5 PBX по 12 потоков E1 |
1 LAN по 500 абонентов |
2 AN по 3 потока E1 |
RAGW 2 |
5000 |
100 |
1 PBX по 2 потока E1 |
__ |
3 AN по 5 потоков E1 |
RAGW 3 |
2500 |
50 |
2 PBX по 5 потоков E1 |
2 LAN по 1500 абонентов |
4 AN по 7 потоков E1 |
Число существующих ССОП, подключаемых к проектируемой транспортной сети (*) |
3 | ||||
Таблица 1.1 Исходные данные количества источников
* – межсетевые потоки существующих сетей общего пользования (ССОП) не проходят через проектируемую пакетную транспортную сеть
Взаимодействующие объекты |
Доля общей нагрузки |
ССОП 1 « абоненты пакетной сети |
25 % (*) |
ССОП 2 « абоненты пакетной сети |
20 % (*) |
ССОП 3 « абоненты пакетной сети |
15 % (*) |
абоненты пакетной сети « абоненты пакетной сети |
40 % (*) |
Таблица 1.2 Нагрузка при взаимодействии абонентов пакетной сети друг с другом и существующими ССОП
* – доля в общей нагрузке, создаваемой пользователями пакетной сети
Объекты |
Удельная нагрузка yi, Эрл |
Интенсивность вызовов, обслуживаемых одним каналом E0 (V=64 Кбит/с), выз./чнн |
Средняя длина сигнальных сообщений, октетов |
Среднее количество сигнальных сообщений при обслуживании вызова |
Абоненты PSTN |
0,1 |
5 |
50 |
10 |
Абоненты ISDN |
0,2 |
10 |
50 |
10 |
Абоненты H.323, SIP, MEGACO |
0,1 |
5 |
50 |
10 |
Потоки E1 от существующих ССОП |
0,7 |
40 |
- |
- |
Потоки E1 от PBX |
0,7 |
40 |
- |
- |
Потоки E1 от сетей доступа |
0,7 |
40 |
- |
- |
Таблица 1.3 Значения удельной нагрузки и интенсивности вызовов
Большинство потоков информации пользователей будут подвергаться компрессии в шлюзах с помощью кодека G.729 (скорость выходного потока ).
По указанным данным:
- Разработать схему организации связи объектов транспортной сети
- Рассчитать характеристики абонентских концентраторов и транспортной шлюзов мультисервисной сети
- Рассчитать характеристики SoftSwitch
- Рассчитать характеристики коммутаторов транспортной сети
- Обосновать выбор типов интерфейсов
- Определить маршруты передачи потоков информации в транспортной сети
- Разработать схему резервирования ресурсов транспортной пакетной сети
2.
Схема организации связи объектов
проектируемой сети
Рассмотрим схему организации связи объектов проектируемой сети (Рис. 2.1). В центре лежит транспортная пакетная сеть, основанная на трех коммутаторах (SW1, SW2, SW3). Коммутаторы включены по схеме «кольцо» для обеспечения резервирования маршрутов в случае отказа линии между парой коммутаторов. К ним подключается три резидентных шлюза (RAGW1, RAGW2, RAGW3), обслуживающих группы пользователей PSTN, ISDN, AN, PBX, LAN. Сети связи общего пользования подключаются с помощью транзитных шлюзов (TGW1, TGW2, TGW3). Управление в сети обеспечивает Media Gateway Controller (MGC) – SoftSwitch. Возможно подключение различных серверов на уровне услуг (SCP, E-mail, FTP и т.д.).
Рис. 2.1 Схема проектируемой сети
3. Расчет характеристик резидентных шлюзов доступа (RAGW)
К шлюзам доступа мультисервисной сети, в которой используются принципы NGN, могут быть подключены следующие источники нагрузки:
- Терминалы, подключаемые по аналоговым абонентским линиям
- Терминалы ISDN, подключаемые по базовому доступу BRA
- Терминалы SIP
- Терминалы H.323
- Теримналы MGCP/MEGACO
- Локальные вычислительные сети, в которых используются терминалы SIP, H.323, MGCP/MEGACO
- Учережденческие телефонные станции (PBX) с функциями ISDN, подключаемые по схеме первичного доступа RPA
- Оборудование сети доступа, подключаемое по интерфейсу V5.2
Определим количество терминалов каждой категории, подключенных к резидентным шлюзам доступа RAGW.
Для первого шлюза доступа RAGW1:
Общее количество каналов, подключенных к RAGW1:
Для второго шлюза доступа RAGW2:
Общее количество каналов, подключенных к RAGW2:
Для третьего шлюза доступа RAGW3:
Общее количество каналов, подключенных к RAGW3:
В общем виде нагрузка, создаваемая пользователями RAGW, рассчитывается как:
Здесь удельная нагрузка от соответствующей категории пользователей, ЭРЛ
количества абонентов соответствующей категории.
Суммарная нагрузка, создаваемая пользователями RAGW1:
Из этой нагрузки, нагрузка от терминалов PSTN к RAGW1 равна:
Нагрузка от терминалов ISDN к RAGW1 равна:
Нагрузка от абонентов LAN к RAGW1 равна:
Нагрузка от абонентов PBX к RAGW1 равна:
Нагрузка от абонентов сетей доступа к RAGW1:
Суммарная нагрузка, создаваемая пользователями RAGW2:
Из этой нагрузки, нагрузка от терминалов PSTN к RAGW2 равна:
Нагрузка от терминалов ISDN к RAGW2 равна:
Нагрузка от абонентов PBX к RAGW2 равна:
Нагрузка от абонентов сетей доступа к RAGW2:
Суммарная нагрузка, создаваемая пользователями RAGW3:
Из этой нагрузки, нагрузка от терминалов PSTN к RAGW3 равна:
Нагрузка от терминалов ISDN к RAGW3 равна:
Нагрузка от абонентов LAN к RAGW3 равна:
Нагрузка от абонентов PBX к RAGW3 равна:
Нагрузка от абонентов сетей доступа к RAGW3:
В таблице 3.1 представлена входящая нагрузка от различных абонентов соей сети на резидентный шлюз доступа.
Номер шлюза
Источник нагрузки |
RAGW1 |
RAGW2 |
RAGW3 |
Нагрузка от терминалов PSTN, Эрл |
700 |
500 |
250 |
Нагрузка от терминалов ISDN, Эрл |
24 |
20 |
10 |
Нагрузка от абонентов LAN, Эрл |
50 |
-- |
300 |
Нагрузка от абонентов PBX, Эрл |
1260 |
42 |
210 |
Нагрузка от абонентов сетей доступа, Эрл |
126 |
315 |
588 |
Суммарная нагрузка, Эрл |
2160 |
877 |
1358 |
Таблица 3.1 Входящая нагрузка от абонентов каждого шлюза
Распределим нагрузку, создаваемую пользователями пакетной сети, между объектами сети. Для этого найдем для каждого шлюза долю внутренней нагрузки пользователей, подключенных к шлюзу, по формуле:
40% нагрузки
от RAGW1 идет к абонентам других пакетных
сетей, т.е. на шлюзы RAGW2 и RAGW3 пропорционально
их емкости:
40% нагрузки
от RAGW2 идет к абонентам других пакетных
сетей, т.е. на шлюзы RAGW1 и RAGW3 пропорционально
их емкости:
40% нагрузки
от RAGW3 идет к абонентам других пакетных
сетей, т.е. на шлюзы RAGW1 и RAGW2 пропорционально
их емкости:
В таблице 3.2 представлено распределение исходящей нагрузки между объектами сети.
Номер шлюза
Направление нагрузки |
RAGW1 |
RAGW2 |
RAGW3 |
Внутренняя нагрузка абонентов, подключенных к одному шлюзу, Эрл |
|||
Исходящая нагрузка к RAGW1, Эрл |
– |
165.58 |
236.13 |
Исходящая нагрузка к RAGW2, Эрл |
– |
138.68 | |
Исходящая нагрузка к RAGW3, Эрл |
115,06 |
-- | |
Исходящая нагрузка к ССОП1 (TGW1), Эрл |
|||
Исходящая нагрузка к ССОП2 (TGW2), Эрл |
|||
Исходящая нагрузка к ССОП3 (TGW3), Эрл |
|||
Исходящая нагрузка, Эрл |
2160 |
877 |
1358 |
Таблица 3.2 Распределение нагрузки в сети
Изобразим распределение нагрузок на резидентных шлюзах доступа (Рис. 3.1).
Рис. 3.1 Распределение нагрузки на резидентные шлюзы
Учтём, что в шлюзе используется компрессия при передаче информации, применяемая для экономии ресурсов транспортной сети. Тогда при применении кодека типа m в шлюзе доступа расчет объема транспортного ресурса пакетной сети для доставки информации пользователей выполняется по формуле:
– коэффициент избыточности, который рассчитывается как отношение общей длины кадара к размеру кадра и зависит от используемого кодека;
– внешняя нагрузка абонентов, подключенных к шлюзу, Эрл;
– скорость выходного потока кодека, кбит/с.
По условию для сжатия применяется кодек G.729, его коэффициент избыточности:
Формула для расчёта транспортного ресурса пакетной сети для доставки информации пользователей примет вид:
Тогда транспортный ресурс для передачи пользовательской информации шлюзами RAGW1, RAGW2 и RAGW3 равен:
Общий транспортный ресурс шлюзов для передачи пользовательской и сигнальной информации рассчитаем по формуле:
– пользовательский транспортный ресурс;
– транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов PSTN;
– транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов ISDN;
– транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов сетей доступа (AN);
– транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов PBX;
– транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов LAN;
– транспортный ресурс для обмена сообщениями MGCP, используемого для управления шлюзом.
Транспортный ресурс для передачи сигнальной информации от различных абонентов рассчитывается по формулам:
– коэффициент использования транспортного ресурса при передаче сигнальной нагрузки. , что соответствует нагрузке в 0,2 Эрл;
– удельная интенсивность вызовов от абонентов, использующих доступ по аналоговой телефонной линии в ЧНН;
– удельная интенсивность вызовов от абонентов, использующих доступ по базовому доступу ISDN в ЧНН;
– удельная интенсивность вызовов от абонентов, подключаемых к пакетной сети через сети доступа интерфейса V5 в ЧНН;
– удельная интенсивность вызовов от УПАТС, подключаемых к пакетной сети;
– удельная интенсивность вызовов от абонентов LAN, использующих терминалы SIP/H.323;
– средняя длина сообщения (в байтах) протокола MEGACO, используемого при передаче информации сигнализации по абонентским линиям;
– среднее количество сообщений протокола MEGACO при обслуживании вызова;
– средняя длина сообщения (в байтах) протокола IUA;
– среднее количество сообщений протокола IUA при обслуживании вызова;
– средняя длина сообщения (в байтах) протокола V5UA;
– среднее количество сообщений протокола V5UA при обслуживании вызова;
– средняя длина сообщения (в байтах) протоколов SIP/H.323;
– среднее количество сообщений протоколов SIP/H.323 при обслуживании вызовов;
– результат приведения размерностей
“байт в час” к “бит в
секунду”
Примем, что средняя длина сообщений сигнализации равна 50 байт, а среднее количество сообщений в процессе обслуживания вызова равно 10.
Транспортный ресурс для передачи сигнальной информации от различных абонентов RAGW1:
Транспортный ресурс для передачи сигнальной информации от различных абонентов RAGW2:
Транспортный ресурс для передачи сигнальной информации от различных абонентов RAGW3:
В каждом шлюзе должен быть предусмотрен транспортный ресурс для обмена сообщениями протокола MGCP, используемого для управления шлюзом, который определяется формулой:
Транспортный ресурс для обмена сообщениями протокола MGCP, используемого для управления шлюзом RAGW1:
Транспортный ресурс для обмена сообщениями протокола MGCP, используемого для управления шлюзом RAGW2:
Транспортный ресурс для обмена сообщениями протокола MGCP, используемого для управления шлюзом RAGW3:
Сведём полученные значения транспортных ресурсов в таблицу (таблица 3.3)
Номер шлюза
Транспортный ресурс |
RAGW1 |
RAGW2 |
RAGW3 |
Транспортный ресурс для передачи пользовательской информации, мбит/с |
47,9 | ||
транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов PSTN, мбит/с |
0,55 | ||
транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов ISDN, мбит/с |
0,053 |
0.044 |
0,022 |
транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов сетей доступа, мбит/с |
0,32 |
0,8 |
1,49 |
транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов PBX, мбит/с |
3,2 |
0,1 |
0,53 |
транспортный ресурс для передачи сигнальной информации абонентов LAN, мбит/с |
0,11 |
-- |
0,66 |
транспортный ресурс для обмена сообщениями MGCP, используемого для управления шлюзом, М=мбит/с |
5,24 |
2,06 |
3,27 |
Общий транспортный ресурс, мбит/с |
66,873 |
40,004 |
54,422 |
Таблица 3.3 Транспортный ресурс
Общий транспортный ресурс шлюзов для передачи пользовательской и сигнальной информации RAGW1:
Общий транспортный ресурс шлюзов для передачи пользовательской и сигнальной информации RAGW2:
Общий транспортный ресурс шлюзов для передачи пользовательской и сигнальной информации RAGW3:
Переведём полученный транспортный ресурс в число потоков E1(V=2,048 Мбит/с) :
4.
Расчет производительности коммутаторов
транспортной сети
Нагрузка, создаваемая пользователями резидентных шлюзов на TGW1, TGW2, TGW3 для выхода к абонентам существующих ССОП, равна:
Найдем количество требуемых трактов типа E1 () для связи существующих ССОП с каждым резидентным шлюзом:
– удельная нагрузка одного канала типа ()
При этом учтём условие равенства входящей и исходящей нагрузки:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП1 с RAGW1:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП1 с RAGW2:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП1 с RAGW3:
Общее количество трактов E1 для подключения ССОП1 к транспортной сети:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП2 с RAGW1:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП2 с RAGW2:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП2 с RAGW2:
Общее количество трактов E1 для подключения ССОП2 к транспортной сети:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП3 с RAGW1:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП3 с RAGW2:
Количество требуемых трактов типа E1 для соединения ССОП3 с RAGW3:
Общее количество трактов E1 для подключения ССОП3 к транспортной сети:
Для обслуживания нагрузки, создаваемой пользователями резидентных шлюзов на TGW1, TGW2, TGW3 требуется транспортный ресурс (при использовании только кодека типа G.729):
Примем условие равенства исходящей (от транспортной сети к существующей ССОП) и входящей (от существующей ССОП к транспортной пакетной сети) нагрузки. При этом условии объем транспортного ресурса пакетной сети для TGW рассчитаем по формуле:
Здесь выбрано из предположения, что в каждой ССОП 7650 абонентов:
Минимальную суммарную производительность коммутаторов транспортной сети для обслуживания всех потоков RAGW и TGW находим по формуле:
– доля потока пользовательской информации, замыкающегося на уровне m-го шлюза доступа;
– номер шлюза;
– доля потока пользовательской информации, поступающего в пакетную сеть;
– средняя длина пакета IP, используемого при передаче пользовательской и сигнальной информации в пакетной сети;
– количество шлюзов, подключаемых к транспортной пакетной сети.
Принимая условие отсутствия собственного коммутатора в используемых шлюзах () и длины пакета , находим необходимую производительность () коммутаторов транспортной сети для обслуживания всех шлюзов по формуле:
В этой формуле – минимальный полезный транспортный ресурс, которым SX должен подключаться к пакетной сети, который определяется как:
Таким образом, необходимая производительность коммутаторов транспортной сети для обслуживания всех шлюзов:
5.
Расчёт производительности Softswitch
Основные функциями Softswitch состоят в обработке сигнальной информации при обслуживании вызовов и управлении установлением соединений в шлюзах. Требования к производительности Softswitch определяются интенсивностью вызовов, требующих обработки.
Скорость в интерфейсе «Softswitch – SW 1» для обслуживания пользователей RAGW рассчитаем по формуле, в которой учтены значения интенсивностей вызовов, количества и средней длины сигнальных сообщений в процессе обслуживания вызова:
При расчете производительности Softswitch, который обслуживает пользователей пакетной сети, используем формулу:
– общая интенсивность вызовов, поступающих на softswitch от пользователей проектируемой пакетной сети;
– количество шлюзов доступа, обслуживаемых Softswitch;
- количество интерфейсов типа V5;
- количество PBX.
Получим значение производительности Softswitch, обслуживающего пользователей пакетной сети:
При расчете производительности Softswitch, который обслуживает TGW, используем формулу:
– количество трактов типа E1 для подключения ССОП к транспортной сети;
– количество ССОП.
Производительности Softswitch для обслуживания TGW:
Требуемая минимальная производительность Softswitch для обслуживания всех шлюзов проектируемой сети:
Сведем результаты расчета транспортного ресурса, требуемого для обслуживания объектов проектируемой сети, в таблицу 5.1.
Объект сети |
Необходимый ресурс, мбит/с |
RAGW1 |
66,873 |
RAGW2 |
40,004 |
RAGW3 |
54,422 |
TGW1 |
73,54 |
TGW2 |
57,68 |
TGW3 |
45,47 |
SX |
20,81 |