Материал: Разработка мультисервисной широкополосной сети в жилом доме

Рисунок 2.8 - Цифровая приставка AmiNET 110

Основные характеристики:

а) Интерфейс 10/100BaseT;

б) MPEG2 видео декодирование;

в) Multicast (IGMP) интерфейс HTML, JavaScript;

г) Инфракрасный пульт дистанционного управления (опционально инфракрасная клавиатура);

д) Различные выходы аудио и видео: Composite, Scart, RGB, SP-DIF, форматы 4:3 и 16:9.

Данный адаптер является наиболее распространенным в России и давно пользуется большой популярностью. Является эффективным и недорогим решением для абонента. Общая схема абонентского оборудования приведена в приложении.

передача данные трафик сеть

. РАСЧЕТ МАГИСТРАЛЬНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

.1 Расчет передаваемого трафика через сеть

Для передачи всех услуг, в которых нуждается абонент, требуется спроектировать транспортную сеть, с высокой пропускной способностью и отказоустойчивостью, так как передача видео через сеть всегда связана со значительными нагрузками на нее. Анализ литературы [12] и [13] показал, что расчет передаваемого трафика через сеть лучше начать с вычисления нагрузки, создаваемой предоставляемыми услугами.

3.1.1 Расчет телевизионного трафика

Телевизионный сигнал, сжатый в формате MPEG-2 имеет следующие параметры:

а) скорость передачи изображения 25 кадров/с;

б) размер кадра 80 кбит.

Следовательно, полоса, занимаемая 32 телевизионными каналами, вычисляется по формуле 3.1:

П_кан = k·V·D, (3.1)

где П_кан - скорость передачи всех телеканалов, Мбит/с;- число телевизионных каналов;

V - скорость передачи изображения, кадр/с;- размер кадра, кбит.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_кан = 32·25·80 = 64 Мбит/с

Далее поток MPEG-2 инкапсулируется в ATM-ячейки (рисунок 14). Так

как ячейка имеет заголовок и информационное поле (всего 53байта или 424бита), размер потока немного увеличится. Ячейка ATM имеет следующие параметры:

а) размер заголовка 5 байт (40 бит);

б) размер нагрузки 48 байт (384 бита).

Рисунок 3.1 - Ячейка ATM

Таким образом, можно вычислить число ячеек, требуемых для передачи всего потока за секунду, по формуле 3.2:

= П_кан / r, (3.2)

где N - число ячеек;

П_кан - скорость передачи всех телеканалов, бит/с;- размер нагрузки в ячейке, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:= 64/48 = 166666,67 ячеек

Так как число ячеек должно быть целым, то округляем полученное значение в сторону увеличения: 166667 ячеек.

Далее вычислим создаваемую нагрузку на линию IP-потоком разбитым на ячейки по формуле 3.3:

П_инк = N·z+П_кан, (3.3)

где П_инк - скорость инкапсулированного телевизионного потока, Мбит/с;- число ячеек;

z - размер заголовка ячейки, байт;

П_кан - скорость передачи всех телеканалов, бит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_инк = 166667·5 + 64 = 70,67 Мбит/с

В технологии ATM предусмотрено множество интерфейсов передачи ячеек. На данный момент в сетях используются следующие интерфейсы передачи информации. И исходя из полученной нагрузки на транспортную линию, целесообразно будет выбрать протокол STM-1. Данный протокол имеет структуру таблицы из 270 столбцов, десять из которых идут на служебную информацию, и 9 строк. Каждая ячейка таблицы представляет собой один байт, несущий информацию со скоростью 64 кбит/с. Он обеспечивает передачу данных со скоростью 155,52 Мбит/с и имеет структуру представленную на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Структура кадра STM-1

Таким образом, к инкапсулированному телевизионному потоку прибавится размер заголовка кадра STM-1 и конечная скорость потока рассчитывается по формуле 3.4:

П_TV = П_инк+a·b·c, (3.4)

де П_TV - скорость телевизионного потока в кадре STM-1, Мбит/с;

П_инк - скорость инкапсулированного телевизионного потока, Мбит/с;

а - число столбцов заголовка;- число строк заголовка;

с - скорость передачи ячейки таблицы, бит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_TV = 70,67+48·9·270 = 76,43 Мбит/с

Так как на стороне абонента используется оборудование Ethernet, то требуется так же посчитать скорость потока в формате кадров Ethernet (рисунок 3.3) имеющих среднюю длину (длина информационного поля в кадре равна 6000 бит). Кадр Ethernet имеет следующие параметры:

а) длина преамбулы 64 бита;

б) длина заголовка 112 бит;

в) длина контрольной суммы 32 бита;

г) длина межкадрового интервала 96 бит.

Рисунок 3.3 - Структура кадра Ethernet

Вычислим число кадров Ethernet для передачи всех телеканалов по следующей формуле 3.5:

= П_кан / l_инф, (3.5)

где N - число кадров Ethernet;

П_кан - скорость передачи всех телеканалов, Мбит/с;_инф - длина информационного поля, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:= 64/26 = 10666,667

Так как число кадров должно быть целым, то округляем полученное значение в сторону увеличения: 10667 кадров.

Вычислим полный размер служебной информации кадра Ethernet по следующей формуле 3.6:

_слу = l_пре+ l_заг+ l_кон+ l_инт, (3.6)

где l_слу - длина кадра, бит;_пре - длина преамбулы, бит;_заг - длина заголовка, бит;_кон - длина контрольной суммы, бит;_инт - длина межкадрового интервала, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение_слу = 304 бит

Таким образом, можно вычислить полный размер потока всех телеканалов, передающихся в кадрах Ethernet, по формуле 3.7:

П_TVeth = N·l_слу+П_кан, (3.7)

где П_TVeth - скорость телевизионного потока в кадрах Ethernet, Мбит/с;- число кадров;_слу - размер служебной информации, бит;

П_кан - скорость передачи всех телеканалов, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_TVeth = 10667·304+64 = 67,24 Мбит/с

.1.2 Расчет трафика видеонаблюдения

В системе видеонаблюдения формирование потока видео происходит следующим образом. Кодер AVA-300 принимает композитный аудио/видео сигналы с видеокамеры и сжимает его в следующем виде:

а) скорость передачи изображения 12 кадров/с;

б) размер кадра 80 кбит.

Всего к кодеру подключается 6 видеокамер, следовательно, занимаемая полоса вычисляется по формуле 3.8:

П_vid = k_v·V_v·D_v·d, (3.8)

где П_vid - скорость передачи видеоканалов, Мбит/с;_v - скорость передачи изображения, кадр/с;_v - размер кадра, кбит;- число видеоканалов.

Проведем расчет и получим следующие значения:

а) для одного видеоканала:

П_vid = 12·80·1 = 0,96 Мбит/с

б) для 6 видеоканалов:

П_vid = 12·80·6 = 5,76 Мбит/с

Расчет скорости передачи видео для одного и шести видеоканалов произведен раздельно, так как абонент может одновременно смотреть только один из шести каналов, а пост охранного видеонаблюдения будет отслеживать сразу все каналы.

Далее поток видеоканалов инкапсулируется в ATM-ячейки и их число вычислим по формуле 3.9:

= П_vid · d/r, (3.9)

где N - число ячеек;

П_vid - скорость передачи видеоканала, бит/с;- число видеоканалов;- размер нагрузки в ячейке, бит.

Проведем расчет и получим следующие значения:

а) для одного видеоканала:

N = 0,96·1/48 = 2500 ячеек

б) для 6 видеоканалов:= 0,96·6/48 = 15000 ячеек

Далее вычислим создаваемую нагрузку на линию IP-потоком разбитым на ячейки по формуле 3.10:

П_iv = N·z+ П_vid · d, (3.10)

где П_iv - скорость инкапсулированного потока видеоканалов, Мбит/с;- число ячеек;- размер заголовка ячейки, байт;

П_vid - скорость передачи видеоканалов, бит/с;- число видеоканалов.

Проведем расчет и получим следующие значения:

а) для одного видеоканала:

П_iv = 2500·8 + 0,96·1 = 1,06 Мбит/с

б) для 6 видеоканалов:

П_iv = 2500·8 + 0,96·5 = 6,36 Мбит/с

К инкапсулированному потоку видеоканалов прибавится размер заголовка кадра STM-1 и конечная скорость потока рассчитывается по формуле 3.11:

П_VID = П_vid · d + a·b·c, (3.11)

где П_VID - скорость потока видеоканалов в кадре STM-1, Мбит/с;

П_vid - скорость инкапсулированного потока видеоканалов, Мбит/с;- число видеоканалов;

а - число столбцов заголовка;- число строк заголовка; с - скорость передачи ячейки таблицы, бит/с.

Проведем расчет и получим следующие значения:

а) для одного видеоканала:

П_VID = 0,96 · 1 + 48·9·270 = 6,82 Мбит/с

б) для 6 видеоканалов:

П_VID = 0,96 · 6 + 48·9·270 = 12,12 Мбит/с

Так как на стороне абонента используется персональный компьютер с портом Ethernet, то требуется так же посчитать скорость потока в формате кадров Ethernet имеющих среднюю длину (длина информационного поля в кадре равна 6000 бит). Вычислим число кадров Ethernet для передачи одного видеоканала по следующей формуле 3.12:

= П_vid / l_инф, (3.12)

где N - число кадров Ethernet;

П_vid - скорость передачи одного видеоканала, Мбит/с;_инф - длина информационного поля, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:= 5,76/12 = 160

Таким образом, можно вычислить полный размер потока одного видеоканала, передающегося в кадрах Ethernet, по формуле 3.13:

П_VIDeth = N·l_слу+П_vid, (3.13)

где П_VIDeth - скорость потока видеоканала в кадрах Ethernet, Мбит/с;- число кадров;_слу - размер служебной информации, бит;

П_vid - скорость передачи одного видеоканала, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_VIDeth = 160·10+5,76 = 1,00864 Мбит/с

3.1.3 Расчет трафика IP-телефонии

Для передачи голосового сигнала через сеть, абонент использует IP-телефон. Он инкапсулирует сигнал в Ethernet кадры и передает их в сеть со скоростью 64 кбит/с. Вычислим размер информационного поля в кадрах Ethernet по следующей формуле 3.14:

_инф = l_кад - l_пре - l_заг - l_кон - l_инт, (3.14)

где l_инф - размер информационного поля, бит;_кад - длина кадра, бит;_пре - длина преамбулы, бит;_заг - длина заголовка, бит;_кон - длина контрольной суммы, бит;_инт - длина межкадрового интервала, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:

_инф = l_кад - l_пре - l_заг - l_кон - l_инт =63696 бит

Следовательно, эффективная скорость передачи голоса равна 63696 бит/с. Так как мы используем технологии ATM и Ethernet, то пересчитаем трафик для передачи голоса в виде ячеек ATM по формуле 3.15:

 = V_инф / r, (3.15)

где N - число ячеек;

V_инф - эффективная скорость передачи голоса, бит/с;

r - размер нагрузки в ячейке, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:

N = 165,875 ячеек

Так как число ячеек должно быть целым, то округляем полученное значение в сторону увеличения: 166 ячеек, и вычисляем занимаемую полосу голосового сигнала инкапсулированного в ячейки по формуле 3.16:

П_тел = N·z + V_инф, (3.16)

где П_тел - скорость инкапсулированного голосового сигнала, кбит/с;- число ячеек;

z - размер заголовка ячейки, байт;

V_инф - эффективная скорость передачи голоса, бит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

3.1.4 Расчет Интернет трафика

Для Интернета мы используем оставшеюся (от 155,52 Мбит/с) полосу в линии, идущей от провайдера, которую мы распределим между 80-ю абонентами. Рассчитаем полосу, занимаемую каналом Интернета на каждого абонента, по формуле 3.17:

, (3.17)

где П_инт - полоса, занимаемая каналом Интернета на абонента, Мбит/с;

П_лин - пропускная способность в линии, Мбит/с;

П_тел - скорость инкапсулированного голосового сигнала, Мбайт;

А_тел - число абонентов 1Р-телефонии;

G - размер служебной информации в кадре STM-1;

А_инт - число абонентов Интернета.

Проведем расчет и получим следующее значение:

Так как данное значение посчитано в сети ATM, а абонент использует персональный компьютер с портом Ethernet, то пересчитаем трафик для кадров Ethernet. Но сначала вычислим полезную полосу в Интернет-канале. Определим число ячеек, используемых для передачи одного Интернет-канала, по формуле 3.18:

 = П_ИНТ / l_яч, (3.18)

где N - число ячеек;

П_ИНТ - скорость передачи Интернет-канала, Мбит/с;

l_яч - длина ячейки, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:= 1,800785/64 = 4247,134.

Так как число ячеек должно быть целым, то округляем полученное значение в сторону увеличения: 4248 ячейка, и вычисляем полезную полосу в Интернет-канале по формуле 3.19:

П_{ИНТ.пол} = П_ИНТ - N·z, (3.19)

где П_{ИНТ.пол} - полезная полоса в Интернет-канале, Мбит/с;

П_ИНТ - скорость передачи Интернет-канала, Мбит/с;- число ячеек;

z - размер заголовка ячейки, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_{ИНТ.пол} = 1,800785 - 4248·8 = 1,630856 Мбит/с.

Далее определим число кадров Ethernet средней длины, используемых для передачи Интернет-канала, по формуле 3.20:

 = П_{ИНТ.пол} / l_инф, (3.20)

где N - число кадров Ethernet;

П_{ИНТ.пол} - полезная полоса в Интернет-канале, Мбит/с;

l_инф - длина информационного поля, бит.

Проведем расчет и получим следующее значение:= 1,630856/12 = 271,8108.

Так как число кадров должно быть целым, то округляем полученное значение в сторону увеличения: 272 кадра. Таким образом, можно вычислить размер потока одного Интернет-канала, передающегося в кадрах Ethernet, по формуле 3.21:

П_ИНТ.eth = N·l_слу + П_{ИНТ.пол}, (3.21)

где П_ИНТ.eth - скорость потока Интернет-канала в кадрах Ethernet, Мбит/с;- число кадров;

l_слу - размер служебной информации, бит;

П_{ИНТ.пол} - полезная полоса в Интернет-канале, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_ИНТ.eth = 272·42 + 1,630856 = 1,713553 Мбит/с.

Таким образом, вычислив все потребности каждого вида услуг, можно рассчитать общую нагрузку на сеть, создаваемую одним абонентом в сети Ethernet по формуле 3.22:

П_абан = П_ИНТ.eth + П_тел + П_VIDeth + П_TVeth, (3.22)

где П_абан - общая нагрузка создаваемая одним абонентом, Мбит/с;

П_ИНТ.eth - скорость потока Интернет-канала в кадрах Ethernet, Мбит/с;

П_тел - скорость телефонного трафика в кадрах Ethernet, Мбит/с;

П_VIDeth - скорость потока видеоканала в кадрах Ethernet, Мбит/с;

П_TVeth - скорость телевизионного потока в кадрах Ethernet, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_абан = П_ИНТ.eth + П_тел + П_VIDeth + П_TVeth = 70,028961 Мбит/с.

Продемонстрируем загруженность абонентской линии Ethernet на рисунке 3.4.