Материал: Разработка мультисервисной широкополосной сети в жилом доме

Рисунок 3.4 - Линия Ethernet

3.2 Выбор коммутаторов

Исходя из того, что общая потребность абонента в трафике составляет приблизительно 71 Мбит/с, то линии с пропускной способностью в 100 Мбит/с будет достаточно для нормальной работы всех устройств. Но, так как используется три абонентских устройства, то придется выделять на граничном коммутаторе целых три порта, а в связи с использованием ATM коммутаторов, это является дорогим удовольствием. Поэтому наилучшим решением для абонента, имеющего несколько сетевых устройств, является установка непосредственно в квартире небольшого Ethernet коммутатора. Это позволит уменьшить число требуемых портов на граничном коммутаторе, который является связующем звеном между ATM и Ethernet.

Проведя анализ литературы и предлагаемого оборудования различных фирм, мной был найден наиболее подходящий по параметрам 4-портовый коммутатор от компании 3Com IntelliJack NJ225 (рисунок 3.5). Ниже приведены параметры данного коммутатора, удовлетворяющие сетевым требованиям:

Рисунок 3.5 - Коммутатор 3Com IntelliJack NJ225

Основные параметры коммутатора:

а) Интерфейсы: 4 нисходящих порта 10/100Base-TX (802.3u, 802.3i,
auto-MDI) с разъемами RJ-45/РоЕ (802.3af) и 1 восходящий порт 10/100Base-
ТХ (802.3u, 802.3i) с разъемом RJ-45/РоЕ (802.3af);

б) Производительность матрицы 1 Гбит/с;

в) Питание РоЕ (802.3af) или внешний БП с выходом 24/48 В.

Это позволит обеспечить абонента запасным портом, который он может использовать в своих целях, например, для подключения ноутбука, второго IP-телефона или персонального компьютера.

Таки образом, для подключения всех абонентских коммутаторов требуется 80 портов, плюс один порот для поста видеонаблюдения, с пропускной способностью в 100 Мбит/с.

Так как сеть имеет древовидную топологию, то ее транспортная часть будет состоять из одного магистрального и нескольких граничных коммутаторов. Не многие производители сетевого оборудования могут предоставить полнофункциональное и недорогое ATM оборудование, но наилучший производитель такого оборудования на данный момент является FORE Systems [14]. Данный производитель представляет целую серию ATM коммутаторов, в том числе магистральных и коммутаторов доступа из ЛВС в ATM. Наиболее подходящим на роль ядра сети является магистральный коммутатор ForeSystems ASX-200BX имеющий модульную структуру (рисунок 3.6). Это позволяет задать ему любую конфигурацию портов, как оптических, так и медных кабелей.

Рисунок 3.6 - Коммутатор ForeSystems ASX-200BX

Основные преимущества:

а) Пропускная способность 2,5 Гбит/сек;

б) Поддержка интерфейсов STM-4c, STM-1, 25 Мбит/с, El/ATM, ЕЗ/АТМ, El/CES, Frame Relay;

в) Максимальное количество ATM портов 622 Мбит/с -4, 155 Мбит/с - 16, 25 Мбит/с -24;

г) Горячая замена модулей, коммутирующих процессоров и источников питания;

д) Встроенные резервируемые коммутирующие процессоры на базе i960 и Intel Pentium;

е) Полная поддержка сетевых интерфейсов пользователя ATM UNI v3.0/3.1/4.0;

ж) Встроенная Операционная Система ForeThought;

з) Организация unicast, multicast и broadcast соединений;

и) Поддержка сервисов ATM Forum LANE vl.O и IP над ATM (RFC 1577);

к) Поддержка спецификаций CBR, VBR, ABR-ER/EFCI, UBR;

л) Расширенные возможности эмуляции ЛВС с обеспечением качества обслуживания.

м) Размер 3U для установки в 19" шкаф.

К данному коммутатору, через оптическую патч-панель, подключается линия от провайдера, система видеонаблюдения, головная станция телевидения и несколько граничных коммутаторов. Данный коммутатор снабжается двумя модулями, имеющими по четыре оптических порта.

Для осуществления доступа из ATM в Ethernet, ForeSystems представляет коммутатор ES-2810 (рисунок 3.7). Этот коммутатор так же имеет модульную структуру и имеет два слота расширения, в один из которых устанавливается однопортовый модуль ATM, поддерживающий протокол STM-1/155,52 Мбит/с и имеющий оптически порт.

Рисунок 3.7 - Коммутатор ForeSystems ES-2810

Основные преимущества:

а) Пропускная способность 2,1 Гбит/сек;

б) Поддержка интерфейса STM-1, 155,52 Мбит/с;

в) Количество Ethernet портов 24, 10/100 Мбит/с;

г) Полная поддержка сетевых интерфейсов пользователя ATM UNI
v3.0/3.1/4.0;

д) Организация unicast, multicast и broadcast соединений;

е) Поддержка сервисов ATM Forum LANE vl.O и IP над ATM
(RFC 1577);

ж) Поддержка спецификаций CBR, VBR, ABR-ER/EFCI, UBR;

з) Расширенные возможности эмуляции ЛВС с обеспечением качества
обслуживания;

и) Размер 2U для установки в 19" шкаф.

Вычислим нагрузку, которая будет создаваться всеми абонентами и центром видеонаблюдения на граничные коммутаторы по формуле 3.23:

П_общ = П_абан·А + П_VIDeth·d + П_ТЕЛ, (3.23)

где П_общ - общая нагрузка создаваемая всеми абонентами, Мбит/с;

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

А - число абонентов;

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

d - число видеоканалов;

П_ТЕЛ - скорость телефонного трафика в кадрах Ethernet, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_общ = П_абан·А + П_VIDeth·d + П_ТЕЛ = 5608,432704 Мбит/с.

Для передачи такой нагрузки потребуется три коммутатора ES-2810. Но, при этом общее количество портов в них недостаточно и придется устанавливать дополнительные модули, увеличивающие число портов Ethernet. Однако, при такой нагрузке каждый из них будет загружен примерно на 93%, что затруднит взаимодействия между абонентами. Так же нагрузка на линию, соединяющую граничный коммутатор с магистральным коммутатором, пусть незначительно, но превышает ее возможности.

Исходя из этого, целесообразно использовать четыре коммутатора ES-2810 в котором будет использоваться только 20 их 24 портов Ethernet. Проведем расчет требуемой пропускной способности одного коммутатора с учетом пункта видеонаблюдения по формуле 3.24:

П_ком = П_абан·А_ком + П_VIDeth·d + П_ТЕЛ, (3.24)

где П_ком - общая нагрузка на коммутатор абонентами, Мбит/с;

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

А_ком - число абонентов на коммутатор;

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

d - число видеоканалов;

П_ТЕЛ - скорость телефонного трафика в кадрах Ethernet, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_ком = П_абан·А_ком + П_VIDeth·d + П_ТЕЛ = 1406,695056 Мбит/с.

Так же рассчитаем загруженность линии, соединяющей граничный коммутатор с магистральным коммутатором, по формуле 3.25:

П_лин = (П_инт + П_ТЕЛ + П_iv)·А_ком + П_ик +П_iv·d + П_ТЕЛ, (3.25)

где П_лин - пропускная способность в соединяющей линии, Мбит/с;

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

П_ТЕЛ - скорость инкапсулированного в ATM голосового сигнала, кбит/с;

П_iv - скорость инкапсулированного в ATM потока видеоканалов, Мбит/с;

А_ком - число абонентов на коммутатор;

П_ик - скорость инкапсулированного в ATM телевизионного потока, Мбит/с.

d - число видеоканалов;

П_ТЕЛ - скорость телефонного трафика в кадрах Ethernet, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_лин = 135,719432 Мбит/с.

Для передачи полученной нагрузки через линию требуется инкапсулировать полученную нагрузку в кадры STM-1 по формуле 3.26:

П_STM = П_лин + a·b·c, (3.26)

где П_STM - скорость потока на линии к коммутатору с пунктом видеонаблюдения в кадре STM-1, Мбит/с;

П_лин - пропускная способность в соединяющей линии, Мбит/с;

а - число столбцов заголовка;

b - число строк заголовка;

с - скорость передачи ячейки таблицы, бит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_STM = 135,719432 + 48·9·270 = 141,479432 Мбит/с

Покажем на рисунке 3.8, как распределена нагрузка в ATM линии, соединяющей магистральный коммутатор с граничным коммутатором.

Рисунок 3.8 - Линия ATM

Рассчитать нагрузку на остальных трех коммутаторах не составляет труда, так как они имеют тоже число используемых портов, что и предыдущий, только к ним не подключен пункт видеонаблюдения. Таким образом, вычислим нагрузку на один из трех коммутаторов и на линию, соединяющую его с магистральным коммутатором по формуле 27:

П_КОМ = П_ком - П_VIDeth·d - П_ТЕЛ, (3.27)

где П_КОМ - общая нагрузка на один из трех коммутаторов абонентами, Мбит/с;

П_ком - общая нагрузка на коммутатор абонентами, Мбит/с;

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

d - число видеоканалов;

П_ТЕЛ - скорость телефонного трафика в кадрах Ethernet, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_КОМ = 1400,579216 Мбит/с.

Нагрузка на линию в кадре STM-1 определяется по формуле 28:

П_STM.КОМ = П_STM - П_VIDeth·d - П_ТЕЛ, (3.28)

где П_STM.КОМ - скорость потока на линии к коммутатору в кадре STM-1, Мбит/с;

П_STM - скорость потока к коммутатору с пунктом видеонаблюдения в кадре STM-1, Мбит/с;

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

d - число видеоканалов;

П_ТЕЛ - скорость телефонного трафика в кадрах Ethernet, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_STM.КОМ = 135,049096 Мбит/с.

Таким образом, можно вычислить общую нагрузку на магистральный коммутатор ASX-200BX по формуле 3.29:

П_МАГ = П_STM.КОМ ·3 + П_STM, (3.29)

где П_МАГ - нагрузка на магистральный коммутатор, Мбит/с;

П_STM.КОМ - скорость потока на линии к коммутатору в кадре STM-1, Мбит/с;

П_STM - скорость потока к коммутатору с пунктом видеонаблюдения в кадре STM-1, Мбит/с.

Проведем расчет и получим следующее значение:

П_МАГ = 135,049096·3+141,47943 = 546,62672 Мбит/с.

Проведенный расчет показал, что выбранные коммутаторы легко справятся с максимальной загрузкой сети, при единовременном использовании всех предоставляемых услуг. Общая схема транспортной сети приведена в приложении.

. проектирование кабельной сети

4.1 Магистраль

В данной сети под магистральной ее частью подразумеваются ATM линии. Все ATM соединения имеют протокол передачи STM-1, позволяющий передавать информацию со скоростью 155,52 Мбит/с. Перечислим эти соединения:

а) Линия от провайдера к магистральному коммутатору;

б) Соединения граничных коммутаторов с магистральным
коммутатором;

в) Соединение головной станции телевидения с магистральным
коммутатором;

г) Соединения сервера и кодера системы видеонаблюдения с
магистральным коммутатором;

д) Соединения оборудования с патч-панелями.

Наилучшей средой передачи для магистральных линий является многомодовый оптоволоконный кабель. Использовать одномодовый оптоволоконный кабель дорого, и применяется он в основном для передачи информации на большие расстояния (порядка пяти километров). Так как все оптические порты оборудования имеют дуплексную архитектуру, то будет использоваться двухжильный оптический кабель. В связи с небольшими расстояниями, затухания, возникающие в линиях, ничтожно малы и мы их не учитываем. Однако линия, ведущая от провайдера, может иметь другие параметры длины и типа оптоволокна, так как магистральный коммутатор ASX-200BX поддерживает оба типа оптоволокна, мы задаем только протокол передачи информации.

Проведем распределение оборудования по этажам и определим длины линий на основе оптоволоконных кабелей. Магистральный коммутатор ASX-200ВХ будет расположен на первом этаже в помещении видеонаблюдения вместе с системой видеонаблюдения (кодер AVA-300 и сервер видеонаблюдения) и одним из граничных коммутаторов ES-2810. Все это оборудование будет установлено в 19-дюймовый шкаф, а сервер видеонаблюдения будет расположен рядом с ним. Головная станция будет расположена на последнем этаже, так как эффективнее использовать длинную линию оптоволоконного кабеля, чем коаксиальную от антенн. Остальные три коммутатора будут установлены в отдельные 19-дюймовые шкафы и распределены по следующим этажам: 5, 9 и 13. Задавшись высотой этажа в 3 метра, можно составить таблицу длин кабелей, подключенных к магистральному коммутатору (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Параметры магистральной кабельной системы.

4.2 Этажная разводка

В этажной разводке задействованы только симметричные кабели категории 5е. В каждый шкаф, содержащий коммутатор ES-2810, устанавливается 19-дюймовая 24-портовая патч-панель, для подключения симметричного кабеля. Данный кабель содержит четыре медных витых пары и поддерживает протокол Ethernet со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/с. Каждый коммутатор обслуживает 20 абонентов, следовательно, кабели будут тянуться от него на четыре этажа. Помимо расстояния от коммутатора до этажа, кабель должен дойти до коммутатора NJ225, но положение данного коммутатора в квартире будет определять абонент. Поэтому кабель следует удлинить с запасом на 20 метров. У коммутатора на первом этаже будет использован 21 порт, так как к нему подключается пост видеонаблюдения. Остальные коммутаторы будут иметь одинаковое количество подключенных потов. Таки образом, можно составить таблицу, в которой будут приведены размеры и количество соединительных проводов, необходимых для всех подключений (таблица 4.2).

Таблица 4.2 - Параметры кабельной системы доступа.