Материал: Разработка мультисервисной широкополосной сети в жилом доме

Разработка мультисервисной широкополосной сети в жилом доме

ANNOTATION

Purpose of the degree work is a calculation of the project of the building multiservice to broadband network in жилом house comprising of itself Internet, television, IP-telephony and video observation. The Project is executed in accordance with modern trend in the field of telecommunication and buildings of the networks with observance of all rates and rules. The description happens to In work and choice of the main ways of the decision of the put(deliver)ed problems, is conducted choice of the equipping the outline cable system, is described method of the functioning(working) the equipment to main station of the digital television. The Reflected results of the called on calculations and is described project multiservice to network in lives building. In economic section is produced calculation to prime cost to network.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка объёмом 77 страниц содержит: 25 рисунков, 12 таблиц, 29 формул, 34 источников.

Цель работы - разработка мультисервисной широкополосной сети в жилом доме. Расчет предварительного трафика через сеть, расчет телевизионного трафика, расчет трафика видеонаблюдения, расчет трафика IP-телефонии, расчет Интернет трафика. Выбор коммутаторов.

КОНФИГУРАЦИЯ ГОЛОВНОЙ СТАНЦИИ, КОНФИГУРАЦИЯ СИСТЕМЫ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ, АБОНЕНТСКОЕ ОБОРУДОВАНИИЕ, ТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ, МАГИСТРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, СОЕДИНЕНИЯ ЭТАЖНОЙ РАЗВОДКИ, ОБЩАЯ СХЕМА СЕТИ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Выбор архитектуры сети

.1 Выбор технологии передачи данных

.2 Выбор топологии сети

. Выбор оконечного оборудования и реализуемых сервисов

.1 Выбор головной станции

.2 Выбор конфигурации системы видеонаблюдения

.3 Организация доступа к IP-телефонии и Интернету

.4 Выбор абонентского оборудования

. Расчет магистрально-распределительной сети

.1 Расчет предварительного трафика через сеть

.1.1 Расчет телевизионного трафика

.1.2 Расчет трафика видеонаблюдения

.1.3 Расчет трафика IP-телефонии

.1.4 Расчет Интернет трафика

.2 Выбор коммутаторов

. Проектирование кабельной системы

.1 Магистраль

.2 Этажная разводка

.3 Другие соединения

. Экономический расчет

. Охрана труда

.1 Анализ условий труда, опасных и вредных факторов помещении

.2. Расчет воздухообмена в помещении

.3 Акустический расчет на рабочем месте

.4 Освещение помещения

.5 Электробезопасность

.6 Пожарная безопасность

.6.1 Определение категории пожарной безопасности и выбор степени огнестойкости здания

.6.2 Выбор первичных средств пожаротушения

.6.3 Схема эвакуации

. Гражданская защита

.1 Основные положения

.2 Задание

.3 Исследование обстановке на объекте после взрыва

.3.1 Исследование характеристик объекта

.3.2 Определение поражающего действия воздушной ударной волны

.3.3 Определение поражающего действия теплового излучения

.3.4 Определение возможных потерь людей

.3.5 Выводы по результатам исследования

.4 Защитные мероприятия

Заключение

Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время полным ходом идет процесс всеобщего перехода на цифровые информационные потоки. Одним из результатов этого процесса стало то, что для передачи практически всех видов информации, используемой человеком, могут применяться одни и те же цифровые технологии. Обзор специализированной литературы [1], [2] и [3] показал, что сегодня все более актуальной становится тема создания мультисервисных широкополосных сетей, посредством которых можно будет предоставлять абонентам полный набор информационных услуг. Конвергенция технологий передачи различных видов информации делает эту задачу вполне реализуемой. Это позволит создавать вместо множества информационных сетей, опутывающих сегодня дом абонента, одну мультисервисную «суперсеть», в которой будут циркулировать все виды информации. Так же к такой сети можно подключить систему охранного видеонаблюдения и осуществлять обзор территории из любой ее точки. Да и в перспективе, такую сеть будет легче расширять и модернизировать, внедряя новые услуги, помимо тех, которые мы собираемся предоставить сразу.

В данной работе рассматривается проектирование в 80-ти квартирном 16-ти этажном жилом доме сети, включающей в себя такие услуги как Интернет, IP-телефония, цифровое телевидение и видеонадлюдение. Для реализации доступа абонентов к этим услугам, требуется спроектировать эффективную транспортную сеть, так как передача разнородного трафика связана с некоторыми сложностями. Так же будет проведен анализ рынка на наличие и стоимость оборудования, которое понадобится для построения сети. Сеть позволит объединить персональные компьютеры всех абонентов в доме, что позволит им беспрепятственно и удобно обмениваться различной информацией и данными.

1. ВЫБОР АРХИТЕКТУРЫ СЕТИ

.1 Выбор технологии передачи данных

Анализ различной литературы по построению сетей и технологий передач информации [4], показал наличие, на данный момент, нескольких технологий передачи информации. Требуется выбрать наиболее приемлемую и перспективную для сети, так как сеть будет функционировать в течение довольно длительного времени. Особенно, нужно заострить внимание на возможностях той или иной технологии передавать такие виды трафика как голос, видео и данные, обеспечивая своевременную доставку пакетов. На данный момент существует 6 видов технологий передачи информации по сетям, это Ethernet, Arcnet, Token Ring, 1 OOVG-AnyLAN, FDDI и ATM. Проведем анализ каждой из них.

Начнем с наиболее распространенной технологии Ethernet. Скорости, на которых осуществляются передачи данных, составляют 10/100/1000 Мбит/с, что удовлетворяет потребностям данной сети. Но, как известно, при передаче больших объемов информации, линия может быть перегружена, так как Ethernet не имеет функций предоставления уровней качества трафику, нуждающегося в нем. Для трафика, имеющего в своем составе видео и голосовые составляющие, это может создать задержки, и качество передачи может ухудшиться. Поэтому, технология Ethernet не может в полной мере обеспечить качественную передачу голоса и видео в реальном времени.

Сеть Arcnet (или ARCnet от английского Attached Resource Computer Net, компьютерная сеть соединенных ресурсов) - это одна из старейших сетей. Она была разработана компанией Datapoint Corporation еще в 1977 году. Международные стандарты на эту сеть отсутствуют, хотя именно она считается родоначальницей метода маркерного доступа. Несмотря на отсутствие стандартов, сеть Arcnet до недавнего времени (в 1980 - 1990 г.г.) пользовалась популярностью, даже серьезно конкурировала с Ethernet.

Большое количество компаний (например, Datapoint, Standard Microsystems, Xircom и др.) производили аппаратуру для сети этого типа. Но сейчас производство аппаратуры Arcnet практически прекращено. Среди основных достоинств сети Arcnet можно назвать ограниченную величину времени доступа, высокую надежность связи, простоту диагностики, а также сравнительно низкую стоимость адаптеров. К наиболее существенным недостаткам сети относятся низкая скорость передачи информации, равная 2,5 Мбит/с. В настоящее время происходит почти полный отказ от сети Arcnet. Существовали варианты сети Arcnet, рассчитанные на скорость передачи 20 Мбит/с, но они не получили широкого распространения. Исходя из этого, можно сделать вывод о невозможности использования данной технологии в связи с низкой пропускной способностью, которую она может обеспечить.

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM как надежная альтернатива Ethernet. Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по допустимому размеру, так и по максимальному количеству абонентов. Что касается скорости передачи, то в настоящее время имеются версии Token-Ring на обычную скорость 4 и 16 Мбит/с и на высокие скорости 100 Мбит/с (High Speed Token-Ring, HSTR) и на 1000 Мбит/с (Gigabit Token-Ring). По сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring заметно дороже, так как используется более сложный метод управления обменом, поэтому сеть Token-Ring не получила столь широкого распространения. Эта технология, так же как и Ethernet, не имеет специальных сервисов для предоставления качественной передачи трафика реального времени.

Разработанная и поддерживаемая компанией Hewlett-Packard, технология 100VG-AnyLAN не стала массовой на рынке скоростного оборудования ЛВС. Эта технология описана стандартом IEEE 802.12 и использует новый МАС-протокол, называемый DPAM (Demand Priority Access Method - доступ по приоритету запроса). Технология достаточно хороша для критичных к задержкам приложений (multimedia или серверные группы) и обеспечивает возможность использования видео-приложений даже в сегментах с большим числом станций. Технология lOOVG-AnyLAN имеет меньшую популярность среди производителей коммуникационного оборудования, чем конкурирующее предложение - технология Fast Ethernet. Компании, которые не поддерживают технологию 1 OOVG-AnyLAN, объясняют это тем, что для большинства сегодняшних приложений и сетей достаточно возможностей технологии Fast Ethernet, которая не так заметно отличается от привычной для большинства пользователей технологии Ethernet. В более далекой перспективе эти производители предлагают использовать для мультимедийных приложений технологию ATM, а не 100VG-AnyLAN. Несмотря на достаточно малое распространение и слабую поддержку, технология 1 OOVG-AnyLAN имеет ряд преимуществ перед Fast Ethernet при передаче чувствительного к задержкам трафика. Однако, новый протокол, ограниченные средства диагностики и отсутствие широкой поддержки ограничивают использование данного протокола. Данная технология обеспечивает практически стопроцентное использование полосы канала передачи даже для разделяемой среды, и поддерживает скорость 100 Мбит/с. Кроме того, 1 OOVG-AnyLAN позволяет использовать более дешевый кабель категории 3. В связи с небогатым выбором устройств, ограниченной диагностикой и малым числом производителей данная технология не представляется перспективной, хоть в нее и входит функция приоритезации трафика, чувствительного к задержкам.

Технология FDDI является одной из наиболее распространенных магистральных технологий и используется в таком качестве уже достаточно давно. Протокол рассчитан на физическую скорость передачи информации 100 Мбит/с и предназначен для сетей с суммарной длиной до 100км (40 км для мультимодовых волокон) при расстоянии между узлами 2 км или более. Эффективность магистралей FDDI обусловлена беспристрастностью распределения доступа к среде на основе передачи маркеров и высокой устойчивостью к сбоям и повреждениям. Технология FDDI использует сдвоенное оптическое кольцо, и топология связей устроена таким образом, что отказ в любом из узлов, из-за выхода из строя оборудования или отключения питания, не приведет к разрыву кольца, поток кадров автоматически пойдет в обход поврежденного участка. Эта технология по-прежнему остается дорогой и требует от администраторов наличия специальных знаний. За счет использования оптических кабелей FDDI поддерживает большую, чем Fast Ethernet или 1 OOVG-AnyLAN, протяженность сети. За счет этого основным вариантом использования FDDI является организация магистралей. Однако, даже для магистралей более эффективным может оказаться использование ATM или менее дорогих технологий скоростных ЛВС. Данная технология так же неперспективна, так как она практически не развивается и в будущем может быть заменена на технологию ATM.(Asynchronous Transfer Mode) является коммутируемой технологией, предназначенной для одновременной передачи голоса и данных в виде ячеек фиксированной длины равной 53 байта (5 байт - заголовок и 48 байт - передаваемая информация), что уменьшает время на обработку и позволяет обеспечить более равномерную загрузку процессора. Поскольку ATM радикально отличается от традиционных технологий ЛВС на основе коммутации пакетов без организации соединений, для реализации и поддержки сетей ATM требуется специальная подготовка персонала. Поскольку технология ATM обеспечивает более высокий уровень масштабирования и гарантированное качество обслуживания, ее применение быстро ширится. Особенно четко это проявляется в сетях с высокой нагрузкой и разнотипным трафиком (голос, данные, видео). Масштабируемость и простота перехода от Token-Ring делают технологию ATM эффективным решением для сетей. ATM поддерживает широкий диапазон скоростей 25, 155, 622, 2500 Мбит/с, также ведутся разработки протокола STM-64 который обеспечит скорость в 10 Гбит/с. Одной из ключевых идей ATM является гарантия качества обслуживания, которая осуществляет четыре категорий обслуживания.

Исходя из этого, можно использовать технологию ATM как основную среду передачи разнородного трафика. Данная технология является перспективной и в будущем, с увеличением спроса, цены на ATM оборудование будут приемлемые. Таким образом будет происходить постепенный переход на ATM линии и заранее выбрав эту технологию мы на долгое время забудем о модернизации сети.

Рассмотрим технологию ATM подробнее из литературы [5]. На рисунке 1.1 приведена схема передачи разнородного трафика через сеть при помощи технологии ATM.

Рисунок 1.1 - Сеть ATM интегрального обслуживания.

Технология асинхронного режима передачи ATM является альтернативой технологии Ethernet, разработанная как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN (Integrated Service Digital Network - Интегральная цифровая сеть связи). Технология ATM с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслужить все виды трафика в соответствии с их требованиями.

Архитектура (модель) ATM разработана организациями по стандартизации ANSI, ITU и ATM Forum. Данная модель состоит из трех уровней:

а) физического;

б) уровня ATM;

в) уровня адаптации ATM.

Стандарты ATM для физического уровня определяют, как получать биты из среды передачи, преобразовывать их в ячейки и посылать эти ячейки уровню ATM. Кроме того, они описывают, какие кабельные системы должны использоваться в сетях ATM и с какими скоростями может работать ATM при каждом типе кабеля. На сегодняшний день наиболее распространенные скорости составляют 25, 155 и 622 Мбит/с. Более подробные параметры используемых скоростей приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Интерфейсы физического слоя Форума ATM.

- неэкранированный симметричный кабель категории 3; UTP5 - неэкранированный симметричный кабель категории 5е; STP - неэкранированный симметричный кабель; MMF - многомодовое оптоволокно; SMF - одномодовое оптоволокно; TP - симметричный кабель; CP - коаксиальный кабель.

Стандарты для уровня ATM описывают механизмы:

а) получения ячеек;

б) формирования заголовков и посылки ячеек уровню адаптации ATM;

в) установки соединения с требуемым качеством сервиса (QoS).
Уровень адаптации ATM и качество сервиса. В эталонной

семиуровневой модели ISO/OSI стандарты для сетевого уровня определяют, как осуществляется маршрутизация пакетов и управление ими. На уровне адаптации ATM выполняются три аналогичные функции:

а) форматируются пакеты;

б)   предоставляется информация для уровня ATM, которая дает
возможность устанавливать соединения с определенным качеством сервиса;

в) предотвращаются "заторы".

Уровень адаптации ATM состоит из пяти протоколов, называемых протоколами AAL. Эти протоколы принимают ячейки с уровня ATM, формируют из них данные и передают эти данные на более высокий уровень. Когда протоколы AAL получают данные с более высокого уровня, они разбивают их на ячейки и передают их уровню ATM.

Уровень адаптации ATM определяет также четыре категории сервиса:

а) постоянная скорость передачи (Constant Bit Rate, CBR);

б) переменная скорость передачи (Variable Bit Rate, VBR);

в) неопределенная скорость передачи (Unspecified Bit Rate, UBR);

г) доступная скорость передачи (Available Bit Rate, ABR).

CBR (constant bit rate - сервис с постоянной битовой скоростью) позволяет заказывать пиковую скорость трафика ячеек (peak cell rate - PCR), которая определяет максимальную скоростью передачи информации, поддерживаемую соединением. Этот уровень сервиса предназначен специально для передачи голоса и видео в масштабе реального времени.(variable bit rate - сервис с переменной битовой скоростью) включает в себя два подкласса: передачу трафика VBR реального времени (VBR-RT) и трафика, не требующего реального времени (VBT-NRT). Для трафика VBR-RT допустимы очень узкие границы задержек - передачи. Соответствующий сервис может использоваться для передачи данных от приложений реального времени, для которых некритичны лишь небольшие изменения значений задержки. Трафик VBR-NRT, в свою очередь, предъявляет менее жесткие требования к задержке передачи. Сервис VBR-RT специально предназначен для передачи коротких пульсирующих сообщений, таких как транзакции в системах управления базами данных.

В отличие от CBR и VBR сервис UBR (unspecified bit rate -неопределенная битовая скорость) не определяет ни битовую скорость, ни параметры трафика, ни качество сервиса. Он предлагает только доставку 'по возможности', без гарантий, связанных с утерей ячеек, их задержками или диапазоном изменения значений задержки.

Сервис ABR (available bit rate) подобен сервису UBR, но в нем используется техника управления трафиком для оценки степени переполнения сети, что позволяет избегать потери ячеек. ABR - воистину первый класс сервиса технологии ATM, который действительно обеспечивает надежный транспорт для приложений с пульсирующим трафиком. Он позволяет находить неиспользуемые интервалы в трафике и заполнять их своими пакетами, если другим классам сервиса эти интервалы не нужны. За счет возможностей технологии ATM, в резервировании полосы,