Материал: Разработка мультисервисной широкополосной сети в жилом доме

У данной технологии есть большой недостаток, который заключается в высокой цене ATM оборудования. В связи с этим, на ее основе, мы реализуем только магистральную часть сети, а доступ абонентов к сети осуществим при помощи коммутаторов, имеющих восходящий порт ATM и нисходящие порты Ethernet. Это позволит сохранить высокую скорость и уровень качества передачи трафика. Так же это позволит избежать огромных затрат на абонентское ATM оборудование и облегчить доступ к сети, используя наиболее распространенное сетевое оборудование на основе Ethernet.

.2 Выбор топологии сети

Немаловажным фактором в организации сети является выбор ее топологии, так как неправильно выбранная топология сети приведет к неэффективному использованию сетевых ресурсов. У каждой топологии есть свои преимущества и недостатки. Обзор литературы [6] и [7] показал, что применяется 4 вида топологии сетей. Проведем анализ наиболее распространенных, на данный момент, типов топологий сетей.

Линейная топология сети содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами (рисунок 1.2). Эта топология предполагает использование сквозных сетевых карт в абонентском устройстве и применяется в небольших сетях.

Рисунок 1.2 - Линейная топология сети

В связи с большим количеством оконечного оборудования и больших нагрузках на линиях, данная топология неприменима к нашей сети.

Кольцевая топология сети предусматривает присоединение к каждому узлу только двух ветви (рисунок 1.3). Преимущество такой сети заключается в том, что при выходе из строя одного из узлов, сеть не теряет свою работоспособность и данные циркулируют по обходному пути.

Рисунок 1.3 - Кольцевая топология сети

Хотя данная топология уменьшает нагрузку на линии связи между узлами, она также не применима к проектируемой сети в связи с большим количеством оконечного оборудования.

Звездообразная топология сети предусматривает только один промежуточный узел (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Звездообразная топология сети

Данная топология не подходит к нашей сети, так как проектируемая сеть реализована на двух типах технологий передачи данных и это предполагает, что число промежуточных узлов более одного.

Древовидная топология сети содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Древовидная топология сети

Данная топология сети позволяет более равномерно распределить нагрузку в линиях и узлах. Так же наличие промежуточных узлов позволит осуществить переход от ATM-магистрали к абонентской стороне, основанной на сети Ethernet. Так же преимуществом этой топологии является возможность наращивания сети с добавлением других промежуточных и оконечных узлов. Следовательно, древовидная топология в большей степени подходит для организации проектируемой сети, так как она удовлетворяет предъявленным требованиям.

2. ВЫБОР ОКОНЕЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РЕАЛИЗУЕМЫХ СЕРВИСОВ

2.1 Выбор головной станции

Для данной сети, более эффективно, будет установить головную станцию, для предоставления цифрового телевидения, непосредственно в здании с абонентами, чтобы разгрузить линию, идущую от провайдера к дому абонентов. Головная станция обеспечит абонента качественным телевизионным контентом и предоставит широкий спектр программ. Она будет осуществлять прием не только цифрового телевидения со спутника, но и аналогового телевидения из местного эфира. В ее функции будет входить формирование многопрограммного потока, который будет транслироваться в сеть.

Проведя анализ литературы [8] и [9] и представляемой на рынке продукции, был выбран наиболее подходящий по параметрам и реализуемым сервисам адаптер Thomson µ-XNA 4610 (рисунок 2.1). Этот адаптер имеет ряд возможностей, позволяющих реализовать трансляцию телевидения в сеть.

Рисунок 2.1 - Адаптер µ-XNA 4610

Адаптер µ-XNA 4610 имеет четыре ASI входа, из которых в адаптер поступает многопрограммный цифровой телевизионный поток, имеющий формат MPEG-2. Приняв сигналы с портов, адаптер мультиплексирует их в один многопрограммный поток, содержащий до 32 каналов, и инкапсулирует его в IP-пакеты.

Преимуществом адаптера является возможность вещать пакеты в режиме многоадресной передачи (Multicast). Эта технология разрабатывалась для обеспечения более эффективной рассылки информации по IP-адресам, чем традиционные методы одноадресной и широковещательной передачи. При одноадресной передаче двухточечные соединения устанавливаются между каждым отправителем и получателем - даже если один отправитель посылает одно и то же сообщение или файл нескольким получателям. При всей своей эффективности для коммуникации каждого с каждым, например для электронной почты или просмотра телевизионных программ, одноадресная передача понапрасну расходует пропускную способность, когда одинаковые пакеты необходимо отправить нескольким конечным станциям. В случае многоадресной передачи отправитель передает сообщение только один раз, затем оно тиражируется и доставляется только абонентам, являющимся членами данной группы многоадресной рассылки. Такой режим экономит пропускную способность за счет передачи только того трафика, который необходим.

Так же положительной стороной адаптера является ATM интерфейс, который поддерживает все его уровни. Это позволяет напрямую подключиться к ATM сети, используя симметричный или оптоволоконный кабель. Управление и настройка адаптера осуществляется оператором через интерфейс RS-232, а корпус имеет размер 1U для установки в 19-дюймовый шкаф.

Так как TV сигналы принимается со спутниковой антенны Gibertini PL 120 А и эфирной антенн FUNKE DSR 1925, то требуются специальные устройства, которые будут преобразовывать принятые сигналы в многопрограммный цифровой ASI поток, имеющий формат MPEG-2.

Для демодуляции цифрового сигнала будет применен ресивер QPD 8510 (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Ресивер QPD 8510

Он принимает сигнал со спутниковой антенны и выделяет до восьми каналов, сжатых в формате MPEG-2. Далее он формирует из них многопрограммный поток и отправляет на ASI-выход. Управление демодулятором осуществляется с лицевой панели, имеющей клавиатуру и жидкокристаллический дисплей, или через параллельный порт. Корпус имеет размер 1U для установки в 19-дюймовую стойку.

Для демодуляции аналогового высокочастотного сигнала с эфирной антенны будет применен кодер MPEG-2 SV-1821 (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Кодер SV-1821

Кодер MPEG-2 SV-1821 полностью соответствует стандарту DVB вещания в реальном режиме времени. Кодер используется для преобразования и компрессии видео и аудио сигналов в однопрограммный транспортный поток и передачи этого потока для дальнейшего мультиплексирования. MPEG -2 кодеры широко применяются в цифровом телевидении, в системах мониторинга, для передачи изображения и звука в телевизионных центрах и локальных кабельных сетях. Он принимает SECAM сигнал с эфирной антенны, демодулирует его и сжимает в формат MPEG-2. Затем он преобразует его в однопрограммный ASI поток, который поступает на выход. Для объединения нескольких ASI потоков будет применен мультиплексор RTM-3600 (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Мультиплексор RTM-3600

Мультиплексор способен принимать и мультиплексировать до восьми каналов в один поток. Управление кодером и мультиплексором осуществляется с лицевой панели, имеющей клавиатуру и жидкокристаллический дисплей, или оператором через параллельный порт. Корпус имеет размер 1U для установки в 19-дюймовую стойку.

В связи с тем, что большинство каналов местного вещания не имеет вставок местного телевидения, или эти вставки составляет реклама, то можно принимать их со спутника, тем самым сократив затраты на кодеры SV-1821. Так как основной местный 3-й канал «ОТВ-Прим» транслируется со спутника, то всего каналов, имеющих вставки местного телевидения, равно четырем: 2-й канал «Россия-ПТР», 10-й канал «новая волна-ТНТ», 23-й канал «Лица-ТВЦ» и 36-й канал «REN TV». Так как общее число каналов достигает 32, то мы устанавливаем четыре ресивера QPD 8510, один мультиплексор RTM-3600 и четыре кодера MPEG-2. Таким образом, 4 канала мы берем из местного вещания и 28 каналов со спутника. Для приема сигналов можно использовать только одну спутниковую и одну эфирную антенну. Для этого будут применены специальные сплиттеры, для эфирной антенны сплиттер FSP-4 с четырьмя выходами и для спутниковой антенны сплиттер HSTS-0408 с четырмя выходами.

Все вышеперечисленное оборудование монтируется в 19-дюймовый шкаф, размером в 15U. Так же в шкаф устанавливается 19-дюймовая оптическая патч-панель, для подключения к магистральному коммутатору. Общая схема головной станции приведена в приложении.

2.2 Выбор конфигурации системы видеонаблюдения

Система видеонаблюдения поможет осуществлять охрану прилегающей территории или автостоянки, так же через персональный компьютер родители могут проведывать своих детей на детской площадке. На сегодняшний момент существует множество различных систем и их конфигураций. Проведя анализ наиболее распространенных из них, мы выбрали систему Video WARE на сайте [10] (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Схема системы Video WARE

Эта система видеонаблюдения примечательна тем, что она основанна на технологии ATM и предназначена для развертывания систем охранного телевидения. Система объединяет в себе возможности передачи высококачественного видео с дистанционным управлением видеокамерами. Система отличается простотой использования, универсальностью и полной защищенностью от несанкционированного доступа.

Основные преимущества:

а) Отсутствие ограничений на расстояния между оператором и объектом наблюдения;

б) Отсутствие помех, наводок и деградации видеосигнала на длинных
линиях;

в) Сервер управления и пост видеонаблюдения могут быть размещены
в любой точке сети;

г) Защита от несанкционированного доступа;

д) Возможность передачи высококачественного звука одновременно с
изображением.

Оператор имеет возможность выбрать камеру, или несколько из имеющихся, для отображения видеосигнала на экране. Графический интерфейс, манипулятор «джойстик» или стандартная клавиатура обеспечивают возможность полнофункционального дистанционного управления исполнительными механизмами, такими, как поворотное устройство, управляемый объектив, локальное освещение и т.п. Одновременно существует возможность передачи высококачественного звука.

Система Video Ware в базовой конфигурации состоит из программного обеспечения сервера, программного обеспечения рабочего места поста наблюдения, видеокамер с поворотными устройствами, размещенных на объектах наблюдения, конвертера интерфейса управления видеокамерами. Будут используются камеры видеонаблюдения Germikom GS 40. Уличные цветные высокочувствительные камеры видеонаблюдения высокого разрешения с функцией день/ночь (рисунок 2.6). Для каждой видеокамеры устанавливается блок питания на 12 вольт.

Рисунок 2.6 - Видеокамера Germikom GS 40

Рабочим местом оператора могут быть персональный компьютер, видеомонитор или телевизор. При использовании персонального компьютера в качестве поста наблюдения, программное обеспечение оператора Video Ware устанавливается непосредственно на компьютер. Очень простой и удобный для использования графический интерфейс обеспечивает прямой доступ ко всем функциям управления Video Ware и отображению видеоизображения на экране монитора компьютера. Для управления поворотными устройствами могут использоваться манипулятор «джойстик», графический интерфейс или стандартная клавиатура.

При выводе изображения на телевизор или Видеомонитор, АТМ-поток принимается устройством видеодоступа ATV-300 (декодер). В этом случае устройством управления является PC или PC- контроллер. При этом возможен любой тип IP-соединения к серверу Video Ware, включая LAN, арендованную линию или Internet. Если в системе присутствуют два или более поста наблюдения, будут выполняться необходимые уровни доступа и приоритеты.

Базовая конфигурация Video Ware состоит из программного обеспечения сервера видеоуправления и программного обеспечения оператора, имеющих лицензию на управление одним кодером AVA-300 с шестью подсоединенными камерами. В случае необходимости, базовая конфигурация может быть расширена путем добавления необходимого числа кодеров AVA-300 и обновления программного обеспечения сервера до необходимого числа лицензий.

Для проектируемой системы достаточно одного кодера AVA-300 с шестью камерами: пять видеокамер будут распределены по периметру дома и одна будет установлена в подъезде. Данный кодер имеет размер 2U для установки в 19" шкаф. Общая схема конфигурации системы видеонаблюдения приведена в приложении.

.3 Организация доступа к IP-телефонии и Интернету

Предоставление услуг IP-телефонии и Интернета, является задачей провайдера, а мы лишь выдвигаем требования к пропускной способности линии. К дому подводится линия ATM с пропускной способностью 155,52 Мбит/с. Из которых 80 каналов и 1 канал на пост видеонаблюдения отводится на IP-телефонию и оставшаяся полоса распределена между абонентами для доступа в Интернет. Исходя из изученной литературы [11] IP-телефония занимает полосу 64 кбит/с. Подробный расчет полосы, занимаемой каждым абонентом в линии, произведем в следующем разделе.

2.4 Выбор абонентского оборудования

Так как с помощью коммутаторов мы переходим от ATM к Ethernet, то и абонентское оборудование должно иметь интерфейс Ethernet. Для использования Интернета и системы видеонаблюдения абонент может использовать персональный компьютер или ноутбук, оснащенный сетевой картой. Абонент сможет выбирать одну из шести видеокамер и просматривать принимаемое с нее изображение.

Для осуществления телефонной связи будет применен IP-телефон Cisco 7902G (рисунок 2.7). Этот IP-телефон является простым и недорогим решением для обычного абонента.

Рисунок 2.7 - IP-телефон Cisco 7902G

Основные функции:

а) Одна логическая линия (Directory Number) с возможностью принимать два вызова при использовании функции Call Waiting;

б) Автоматическая конфигурация приоритезации и VLAN-транкинга на стыке с коммутатором (IEEE 802.lpq);

в) Отдельный порт lOBaseT Ethernet;

г) Встроенная поддержка inline power (вариант Cisco Systems), то есть питания через сеть.

Для просмотра цифрового телевидения в квартире абонента устанавливается цифровая приставка для IPTV (set-top-box). Проведя анализ рынка предлагаемого на данный момент оборудования для просмотра IPTV, наиболее распространенной является абонентская приставка AmiNETllO (рисунок 2.8). Данная приставка способна принимать IP-поток и декодировать его в аналоговые аудио/видео сигналы.