Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Факультет Заочного обучения

Направление (специальность) Информационные системы и технологии

Кафедра Информационных систем и технологии

Выпускная квалификационная работа (бакалаврская работа)

Модернизация компьютерной сети на основе атмосферно-оптических линий связи

Утверждаю зав. каф., д.т.н., доцент Н.И. Лиманова

Руководитель доцент к.п.н., доцент Е.И. Ряполова

Н. контролер доцент к.т.н., с.н.с. О.Л. Куляс

Разработал БИСТу-30 Д.С. Буровков

Самара 2017

Содержание

Задание

Отзыв руководителя

Показатели качества ВКР

Реферат

Введение

1. Задача модернизации компьютерной сети специального объекта

1.1 Характеристики компьютерной сети специального объекта как объекта модернизации

1.2 Характеристика информационных потоков специального объекта

1.3 Определение критериев оценки эффективности компьютерной сети

1.4 Требования к аппаратно-программным средствам для модернизации компьютерной сети

1.5 Постановка задачи для модернизации компьютерной сети на основе АОЛС

2. Выбор и обоснование структуры компьютерной сети специального объекта

2.1 Классификация вычислительных сетей

2.2 Выбор канала связи

2.3 Характеристики АОЛС

2.4 Классификация и характеристика современных систем атмосферно-оптических линий связи

2.5 Характеристика основных методов проектирования компьютерной сети

2.6 Выбор и обоснование структурной схемы модернизируемой компьютерной сети

3. Проектирование компьютерной сети специального объекта на основе АОЛС

3.1 Выбор аппаратных средств компьютерной сети

3.2 Настройка аппаратных средств АОЛС

3.3 Конфигурирование активного оборудования сети

3.4 Выбор программных средств

3.5 Определение перечня оборудования

• Заключение
• Список использованных источников

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Задание по подготовке выпускной квалификационной работы

Студента

Буровкова Дениса Сергеевича

1 Тема ВКР Модернизация компьютерной сети на основе атмосферно-оптических линий связи

Утверждена приказом по университету от

25.11.2016 № 219-2

2 Срок сдачи студентом законченной ВКР 25.01.2017

3 Исходные данные и постановка задачи

1) Исследовать характеристики базовой компьютерной сети,

2) Исследовать характеристики информационных потоков организации;

3) Определить критерий эффективности сети и требования к ней;

4) Обосновать выбор канала связи компьютерной сети спец. объекта

5) Разработать классификацию вычислительных сетей

6) Разработать структурную схему компьютерной сети организации

7) Осуществить выбор и обоснование аппаратно-программных средств для построения сети организации

4 Перечень подлежащих разработке в ВКР вопросов или краткое содержание ВКР.

Сроки исполнения 20.01.2017

1) Задача модернизации компьютерной сети специального объекта

2) Выбор и обоснование структуры компьютерной сети специального объекта.

3) Проектирование компьютерной сети специального объекта на основе АОЛС

5 Перечень графического материала. Сроки исполнения 20.01.2017

1) Требования к информации

2) Схема потоков информации

3) Схема потоков информации в масштабе УФСИН по Оренбургской области.

4) Классификация вычислительных сетей

5) Обобщенная схема системы АОЛС

6) Классификация АОЛС

7) Способы закрепления приемопередатчика АОЛС

8) Расчет угла наклона

9) Углы наклонов приемопередатчиков

6 Дата выдачи задания « 12 » декабря 2016 г.

Кафедра Информационных систем и технологий

Утверждаю зав. кафедрой д.т.н., доцент 12.12.16 Н.И. Лиманова

Руководитель доцент. к.п.н. 12.12.16 Е.И. Ряполова

Должность Уч.степень, звание Подпись Дата Инициалы Фамилия

Задание принял БИСТу-30 12.12.16 Д.С. Буровков

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Отзыв руководителя

Тип ВКР бакалаврская работа

Студента(ки) Буровкова Дениса Сергеевича

Специальность/

направление Информационные системы и технологии

Модернизация компьютерной сети на основе

Тема ВКР атмосферно-оптических линий связи

Руководитель Ряполова Елена Ивановна

Ученая степень, звание к.п.н доцент

Место работы (должность) доцент МиЕНД

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ РАБОТЫ

(Структура, логика и стиль изложения представленного материала. глубина и степень проработки материала, обоснованность изложенных выводов, использование математического аппарата, использование средств вычислительной техники, макетирование, моделирование, экспериментирование)

СТЕПЕНЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

(Полнота раскрытия исследуемой темы, практическая ценность и возможность внедрения)

ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО ПРЕДСТАВЛЕННОЙ РАБОТЕ

(Степень самостоятельной работы студента; совокупная оценка труда студента и его квалификация)

Руководитель ВКР

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Показатели качества ВКР

По ВКР студента Буровков Денис Сергеевич

На тему Модернизация компьютерной сети на основе атмосферно-оптических линий связи

1 Работа выполнена :
- по теме, предложенной студентом
- по заявке предприятия
		наименование предприятия
- в области фундаментальных и поисковых научных исследований
		указать область исследований
2 Результаты ВКР:
- рекомендованы к опубликованию
		указать где
- рекомендованы к внедрению
		указать где
- внедрены
		акт внедрения
3 ВКР имеет практическую ценность		Проект модернизации сети на основе атмосферно-оптических линий связи
		в чем заключается практическая ценность
4 Использование ЭВМ при выполнении ВКР:
(ПО, компьютерное моделирование, компьютерная обработка данных и др.)		Компьютерное моделирование
5 ВКР прошла проверку на объем		% заимствований
заимствований		эл. версия сдана

Студент БИСТу-30 Д.С. Буровков

Руководитель ВКР доцент к.п.н., доцент Е.И. Ряполова

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Реферат

Название	Модернизация компьютерной сети на основе атмосферно-оптических линий связи
Автор	Буровков Денис Сергеевич
Научный руководитель	Ряполова Елена Ивановна
Ключевые слова	Компьютерная сеть, оптическая линия связи, модернизация сети
Дата публикации	2017
Библиографическое описание	Буровков Д.С. Модернизация компьютерной сети на основе атмосферно-оптических линий связи [Текст]: бакалаврская работа / Д.С. Буровков. Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ). Факультет заочного обучения (ФЗО). Оренбургский филиал (ОФ): науч. Рук. Е.И. Ряполова - Оренбург. 2017. - 102 с.
Аннотация	При модернизации компьютерной сети на основе атмосферно-оптических линий связи принимают во внимание несколько факторов, основные из них: производительность сети, надежность и степень ее информационной безопасности, требуемые аппаратные ресурсы, функциональная мощность, простота ее эксплуатации, возможность объединения с другими сетями и цена. Целью модернизации компьютерной сети на основе атмосферно-оптических линий связи является улучшение эффективности работы спец. объекта за счет повышения оперативности передачи данных

Руководитель ВКР Е.И. Ряполова

Введение

В настоящее время каждое предприятие стремится автоматизировать свое производство и поэтому с каждым годом растет количество компьютерных сетей разных типов и классов, следовательно, увеличивается необходимость в высококлассных специалистах данного профиля.

Современные сетевые технологии способствовали новому витку технической революции. Создание сети в организации, фирме способствует гораздо высокому процессу обмену данными, документами между различными структурными подразделениями, повышению оперативности передачи данных, контролю за движениями материалов и различных средств, увеличению и ускорению передачи и обмену оперативной информацией.

При модернизации сети принимают во внимание несколько факторов, основные из них: производительность сети, надежность и степень ее информационной безопасности, требуемые аппаратные ресурсы, функциональная мощность, простота ее эксплуатации, возможность объединения с другими сетями и цена. Модернизацию компьютерной сети предприятия необходимо осуществлять с учетом развития, принимая во внимание возможность увеличения числа рабочих станций в компьютерной сети.

Исходные данные для модернизации компьютерной сети получены в ходе анализа прикладной области, для которой должна быть модернизирована сеть. На данном этапе необходимо определить цели модернизации сети, актуальность и значимость модернизации сети, перечень требований и функций пользователей в сети для заданной предметной области.

Многие организации имеют распределенную структуру, в том числе и рассматриваемое нами предприятие специального назначения. Специальные объекты находятся на удаленном расстоянии от главного офиса, что не лучшим образом сказывается на оперативно-технической ситуации. Вследствие чего необходимость подключения специальных объектов к главному офису имеет первостепенную очередь.

Целью проекта является улучшение эффективности работы спец. объекта за счет повышения оперативности передачи данных.

В первой главе рассмотрены вопросы, связанные с определением характеристик специального объекта, информационных потоков, поступающих на средства вычислительной техники. Так же определены критерии оценки эффективности модернизации компьютерной сети и изложены требования к аппаратно-программным средствам.

Вторая глава посвящена разработке, выбору и обоснованию модернизации компьютерной сети. В ней представлены классификация и характеристика способов передачи данных, произведен выбор канала связи между подразделениями спец. объектом 14 и спец. объектом 8, рассмотрены основные методы проектирования компьютерной сети.

Результаты проектирования компьютерной сети специального объекта на основе атмосферно-оптических линий связи представлены в третьей главе. Так же в этой главе описан выбор аппаратных средств компьютерной сети, системы атмосферно-оптических линий связи. Проведены расчеты по установке системы АОЛС и рассмотрены особенности юстировки приемопередатчиков АОЛС. На основе исследования аппаратных средств и программного обеспечения разработан перечень оборудования, необходимого для модернизации спец. объекта.

1. Задача модернизации компьютерной сети специального объекта

1.1 Характеристики компьютерной сети специального объекта как объекта модернизации

Компьютерная сеть спец. объекта представляет собой мультисервисную структуру передачи данных, голоса и видеоинформации.

Оборудование сети состоит из двух DSL-модемов, а именно - «FlexDSLOrion» между которыми под землей проложен кабель «ТПП 10х2х0,4». Также на спец. объектах 8 и 14 присутствуют, ЦАТС, мультиплексор «ToPGATE-4E1-8F-2FG» и антенна радио-релейной линии связи «Mlink-G-L» (№8), которая включает рассматриваемый нами сегмент в общую компьютерную ведомственную сеть.

В мультиплексоре «ToPGATE-4E1-8F-2FG» заложены характеристики, которые не раскрыты полностью в существующей конфигурации компьютерной сети, а именно: наличие интерфейсов: Е1, Ethernet, SFP; таблицы маршрутизации, виртуальных портов VLAN.

Поскольку одной из задач модернизации является сам канал между двумя объектами, то целесообразно модернизировать только каналообразующее оборудование, а именно DSL-модемы -«FlexDSLOrion».

Основные технические характеристики «FlexDSLOrion»:

- Максимальная скорость по паре - 2,3 Мбит/сек.;

- Число пар - 1 или 2;

- Интерфейсы - E1, Ethernet.

На рис. показана подробная схема базовой компьютерной сети. Из схемы видно, что радио-релейная станция «Mlink-G-L», расположенная на Вторичном узле связи (спец. объект №8), принимает из общей ведомственной сети три потока информации: Ethernet, Internet и Е1. Через внутренний коммутатор РРС «Mlink-G-L» потоки разделяются и используются каждый по своему назначению: поток Internet для внутреннего пользования, одна часть потоков Ethernet и Е1 - также для внутреннего пользования, а другая часть отправляется транзитом через DSL-модемы. На территории спец. объекта 14 приходящие потоки разделяются: Е1 - используется ЦАТС, Ethernet - для общего пользования. Доступ к сети интернет на территории спец. объекта 14 предоставляется сторонней организацией, что является не лучшим решением по критерию безопасности. На основе выше изложенного можно выделить основные недостатки компьютерной сети:

- недостаточная пропускная способность;

- недостаточный уровень надежности канала связи;

- отсутствие резервного канала связи;

- слабая помехозащищенность линии связи;

- недостаточное количество интерфейсов DSL-модемов;

-доступ к сети интернет на территории специального объекта предоставляется сторонней организацией;

- недостаточный уровень защищенности канала связи.

В связи с этим, а также развитием уголовно-исполнительной системы, увеличением объемов передаваемой информации, рассматриваемый канал передачи данных не способен предоставить необходимые технические ресурсы для выполнения ряда задач и требует модернизации. Для выбора оптимальных проектных решений необходимо определить критерии эффективности компьютерной сети.

1.2 Характеристика информационных потоков специального объекта

Одной из целей инженеров и специалистов спец. объекта 14 является обеспечение руководства учреждений информацией, необходимой для принятий управленческих решений. К информации на предприятии спец назначения предъявляются иные требования, чем к любой другой информации (рис.1.1).

Рис. 1.1 - Требования к информации

Здесь для объективной оценки информации в системе, необходимо установление ценности информации с учетом уровней важности и секретности.

На рисунке 1.2 изображена схема потоков информации в подразделении спец. объект 14.

Рис. 1.2 - Схема потоков информации

Ячейка «Обмен с внутренней средой» подразумевает получение, обработку информации, поступающей от отделов, служб и учреждений Управления Федеральной Службы Исполнения Наказаний, как Оренбургской области, так и других регионов Российской Федерации. (линии связи: 10 - 19).

Ячейка «Обмен с внешней средой» означает, что отделы, службы и группы для нормального функционирования и обеспечения своей служебной деятельности могут получать полезную информацию извне уголовно-исполнительной системы (информационные потоки:20 - 25). Например, для устранения неисправности в том или ином оборудовании отделу обслуживания ИТСОН необходима справочная информация, документация на оборудование, которые можно получить только у завода изготовителя или фирмы-поставщика. А отделу внутренней связи и отделу организации передачи данных и автоматизации зачастую необходимы онлайн консультации, документации и программное обеспечение для настройки и ввода в эксплуатацию вновь поступившего оборудования. Информационные потоки (1-9) подразумевают управление, корректировку служебной деятельности, а также получение результатов от деятельности подчиненных отделов, служб и групп. Также на рисунке 2 видно, что у отделов: бухгалтерия, информационно-архивная группа, служба вооружения и спец. средств отсутствуют информационные потоки с «обменом с внешней средой». Это обусловлено достаточным информированием для обеспечения служебной деятельности с помощью «обмена с внутренней средой».

В таблице № 1.1 приведены краткие характеристики информационных потоков.

Таблица 1.1 Краткие характеристики информационных потоков

№ инф. потока	Краткая характеристика	Секретность	Важность
1	Информация по оружию, боеприпасам и спец. средствам	Секретная	Важная
2	Информация по документам, располагающиеся в архиве	Несекретная	Важная
3	Информация по материально-технической базе подразделения	Несекретная	Важная
4	Информация по ремонту, эксплуатации оборудования и регламентным работам	Несекретная	Полезная
5	Информация по заработной плате, расходах, бюджетной и внебюджетной деятельности	Несекретная	Важная
6	Информация по обеспечению электронного документооборота	Несекретная	Важная
7	Информация по организации каналов связи и передачи данных	Несекретная	Важная
8	Информация по обеспечению УФСИН секретным документооборотом и технической защитой информации	Секретная	Жизненно-Важная
9	Информация по обеспечению УФСИН несекретным документооборотом, обеспечению непрерывной работы каналов связи	Несекретная	Важная
10-19	Приказы, распоряжения, информация от отделов и служб УФСИН	Несекретная	Важная
20-25	Дополнительная информация для обеспечения деятельности учреждения	Несекретная	Полезная

В масштабе Оренбургской области структурная схема информационных потоков показана на рисунке 1.3. Рассмотрим взаимодействие основных элементов:

Рис. 1.3 - схема потоков информации в масштабе УФСИН по Оренбургской области

«УФСИН г. Москва» взаимодействует «с отделением спец. связи» и «Узлом связи ЦИТО УФСИН», соответственно поток №1 содержит секретную информацию, а № 2 - несекретную. «ФСИН г. Москва» может отправлять, как управляющие документы, распоряжения, приказы, так и принимать результаты деятельности подведомственных ей учреждений. «Отделение спец. связи» также может отправлять информацию в «ФСИН г. Москва», принимая ее от Начальника УФСИН либо от секретариата (3,4).

Узел связи организует сразу несколько направлений для приема-передачи информации:

- инф. поток № 2 - обмен информацией с Москвой;

- инф. поток № 6 - взаимодействие с «секретариатом», передача ему информации от г. Москва и прием от него информации для спец. объектов;

- инф. поток № 7 включает в себя прием информации от отделов УФСИН и последующую передачу в ФСИН г. Москва или в «спец. объекты» (инф. поток №12)

- обмен с внешней средой по потоку № 9 подразумевает обмен информацией с организациями и учреждениями не входящих в УИС;

- инф. поток № 8 представляет собой обмен информацией между отделами УФСИН и подведомственными учреждениями без участия промежуточных звеньев.

Ситуационный центр -- это помещение, оснащённое средствами коммуникаций и другими средствами интерактивного представления информации, предназначенное для оперативного принятия управленческих решений, контроля и мониторинга спец. объектов, ситуаций и других функций[1]. Потоки № 13 - 15 показывают, что обмен информацией может проходить, как по отдельности с г. Москва, отделами УФСИН, так и со всеми сразу учреждениями УИС Оренбургской области в режиме видеоконференции.

В таблице 1.2 представлены основные виды информации.

Таблица 1.2 Краткие характеристики информационных потоков

Виды информации	Уровень доступа	Требуемая пропускная способность	Критичность к задержкам	Критичность к частичной потере информации
обычный документооборот	все	-	нет	нет
электронный документооборот	все	~ 2 Мб/с	нет	нет
секретные документы	Нач-к, секретариат, отд.спец.связи	~ 2 Мб/с	да	да
телефония	все	~ 5 Мб/с	да	да
видеофайлы	все	~ 5 Мб/с	нет	да
потоковое видео	Участники видеоконференций, операторы ситуационного центра	~ 500 Мб/с	да	да
Оперативная информация	опер.дежурные подразделений	~ 2 Мб/с	да	да

Таким образом, информационные потоки занимают одну из важнейших ролей в управлении деятельности предприятия и обеспечении бесперебойной работы подведомственных учреждений. Довольно значительному объему данных требуется обеспечить необходимый уровень безопасности и надежности передачи информации.

1.3 Определение критериев оценки эффективности компьютерной сети

Все множество наиболее часто используемых критериев эффективности модернизации сети может быть разделено на две группы. Одна группа характеризует производительность работы сети, вторая - надежность. При этом обе группы напрямую зависят от основного критерия - стоимость, соответственно, чем меньше лимит средств на модернизацию компьютерной сети, тем меньше производительность и надежность сети мы получаем в итоге.

Между показателями производительности и надежности сети существует тесное взаимодействие. Ненадежная работа сети может привести к ощутимому снижению ее производительности. Это объясняется тем, что сбои и отказы каналов связи и коммуникационного оборудования приводят к потере или искажению некоторой части пакетов, в результате чего коммуникационные протоколы вынуждены организовывать повторную передачу утерянных данных. Так как в компьютерных сетях восстановлением утерянных данных занимаются, зачастую, протоколы транспортного или прикладного уровня, работающие с тайм-аутами (задержками) в несколько десятков секунд, то потери производительности из-за низкой надежности компьютерной сети могут составлять сотни процентов.

(1.1)

где Z- стоимостные затраты на проектирование и обслуживание;

V, Vтр - текущее и требуемые значения оценки пропускной способности;

,- текущее и требуемые значения оценки задержек при передаче;

- текущее и требуемые значения оценки надежности канала связи

Таким образом, проект модернизации компьютерной сети должен обладать минимальной стоимостью, при которой должны выполняться требования, описанные в таблице № 1.3

Таблица 1.3 Требования к проекту модернизации

1	пропускная способность не менее 700Мб/с
2	малое время задержки при передаче информации
3	минимальное время наработки на отказ - 50 000 часов
4	наличие резервного канала связи
5	рабочий диапазон температур от -50°С до +50°С при влажности до 100%
6	высокая защищенность канала связи

1.4 Требования к аппаратно-программным средствам для модернизации компьютерной сети

Прежде всего, целью проекта является улучшение характеристик сети, структуру которой можно определить как «точка-точка». Процесс модернизации не исключает установку каналообразующего оборудования и связанных с ним устройств непосредственно вне помещений и зданий, под воздействие внешних климатических факторов. Поэтому рабочий диапазон температур оборудования должен быть как можно шире: от -50°С до +50°С при влажности до 100%.

Практически основным потребителем сетевого трафика на спец. объекте являются видеокамеры. Транслирование потока данных от одной видеокамеры занимает 1,5-2 Мб/с пропускной способности канала передачи данных. Для нормальной работы 250 видеокамер необходим канал передачи данных с пропускной способностью 500 Мб/с + 200 Мб/сдля трансляции других потоков и реализации избыточности системы.

Наличие резервного канала связи позволяет уменьшить, а в большинстве случаев исключить влияние климатических факторов на работоспособность компьютерной сети, вследствие чего увеличить минимальное время наработки на отказ.

Так же компьютерная сеть спец. объекта должна обладать необходимыми свойствами защищенности, которые должны характеризоваться усиленным контролем доступа к каналообразующему оборудованию, невозможностью перехвата информации, помехозащищённостью.

1.5 Постановка задачи для модернизации компьютерной сети на основе АОЛС

Целью ВКР является повышение эффективности работы спец. объекта 14 за счет повышения оперативности передачи данных. Проанализировав предметную область вычислительной сети, характеристики базовой компьютерной сети и получив необходимые данные анализа информационных потоков выделим необходимый перечень задач на дипломный проект:

– Исследовать характеристики базовой компьютерной сети;

– Исследовать характеристики информационных потоков организации;

– Определить критерий эффективности сети и требования к ней;

– Обосновать выбор канала связи компьютерной сети спец. объекта № 14;

– Разработать классификацию вычислительных сетей;

– Разработать структурную схему компьютерной сети организации;

– Осуществить выбор и обоснование аппаратно-программных средств для построения сети организации.

2. Выбор и обоснование структуры компьютерной сети специального объекта

2.1 Классификация вычислительных сетей

Существует множество способов классификации сетей. Основным критерием классификации принято считать территориальную распространённость (масштаб). В зависимости от того, как организована сеть её можно отнести к локальной, региональной или глобальной сети (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Классификация вычислительных сетей

Среда передачи данных. Среды передачи данных разделяются на две категории. Проводная среда передачи широко используются в небольших локальных сетях (витая пара). Для вычислительных сетей, охватывающих большие расстояния, используют волоконно-оптический кабель. Беспроводная среда передачи данных предполагает использование более высоких частот электромагнитного спектра. Это радиоволны, микроволны и инфракрасные лучи. В сетях, охватывающих несколько географических пунктов, часто используется комбинация кабельной и беспроводной сред передачи данных[6].

Таким образом, проектируемая сеть спец. объекта по масштабу будет иметь размер не больше локальной с преимущественной топологией типа звезда, с архитектурой «Ethernet». Смешанная среда передачи данных является большим преимуществом при прохождении труднопреодолимых участков местности (беспроводная среда), при быстром развертывании компьютерной сети в зданиях и прилегающих участках (проводная среда). Планируемая скорость передачи данных - 1000 Мбит/с обеспечит высокую производительность компьютерной сети.

2.2 Выбор канала связи

В результате обзора литературы и данных сети интернет были выбраны следующие каналы связи, которые наиболее подходят для организации связи между спец. объектом №8 и спец. объектом №14:

Волоконно-оптические линии связи;

Радиорелейные линии связи;

Атмосферно-оптические линии связи.

Волоконно-оптические линии связи. Волоконно-оптическая связь -- способ передачи информации, применяющий в качестве носителя сигнала данных электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем --волоконно-оптические кабели[7].

Преимущества волоконно-оптических линий связи:

– Широкая полоса пропускания;

– Малое затухание светового сигнала в волокне;

– Низкий уровень шумов;

– Высокая помехозащищенность;

– Малый вес и объем;

– Высокая защищенность от несанкционированного доступа;

– Гальваническая развязка элементов сети;

– Длительный срок эксплуатации.

– Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки:

– высокая сложность монтажа;

– оптоволоконный кабель подразумевает использование медиаконвертеров, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом;

– использование специальных неактивных разветвителей ухудшает характеристики светового потока;

– оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический.

Радиорелейные линии связи. Радиорелейные линии связи (РРЛ) используются для передачи сигналов в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Передача ведется через систему ретрансляторов, расположенных на рас-стоянии прямой видимости. Ретрансляторы выполняют сразу несколько функций - прием сигнала, усиление его, обработку и передачу на следующий ретранслятор. Общая протяженность линии РРЛ может достигать несколько тысяч километров.

В настоящее время цифровая РРС является сложным техническим комплексом, в который входят приемопередатчик, модем, мультиплексор, приемопередающие антенны, система автоматического резервирования, система телеуправления и телесигнала, контрольно-измерительная аппаратура, устройства служебной связи, система электропитания.

– Радиорелейные каналы связи обладают большим спросом во всем мире. В отличии от традиционных наземных медных или оптоволоконных линий они имеют такие преимущества, как:

– отсутствие работ, нуждающиеся в прокладке наземных линий связи;

– нечувствительность к трудным для прохождения участкам трассы (маги-стральные трассы, трубопроводы, реки, болота, леса и т.п.);

– централизованное обслуживание и ремонтопригодность.

– В недостатках можно выделить:

– зависимость качества связи от времени года и времени суток;

– высокая цена на оборудование;

– сложность получения разрешения на эксплуатацию радиорелейной линии из-за условий обеспечения отсутствия помех другим станциям;

– низкая помехозащищенность не исключена влиянием других радиорелейных станций;

– ухудшение сигнала при плохих погодных условиях (дождь, туман).

Атмосферно-оптические линии связи. Сама технология АОЛС базируется на передаче данных модулированным излучением в инфракрасной области спектра через атмосферу и их последующим детектированием оптическим фотоприёмным устройством. При этом в качестве излучателя обычно применяются инфракрасные лазеры класса 1 или 1M (к лазерам 1-го класса относят безопасные лазеры, выходное коллимированное излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи), для низкоскоростных коммуникаций на небольшие расстояния могут использоваться светодиоды. В качестве приёмника используются лавинные или кремниевые фотодиоды[9].

К главным преимуществам атмосферно-оптических линий связи можно отнести:

1. не используют радиодиапазон и не создают помех в радиочастотном диапазоне;

2. не требуют разрешений ГКРЧ и других регулирующих учреждений;

3. простота монтажа и подключения;

4. малое время развертывания;

5. не чувствительна к радиопомехам;

6. полная пропускная способность канала;

7. почти нулевая задержка в канале;

8. устойчивость к климатическим и температурным изменениям;

9. высокий уровень закрытости канала.

10. в сравнении с основными преимуществами беспроводных оптических систем также известны и их главные недостатки:

11. зависимость доступности канала связи от погодных условий (туман, дождь, снег);

12. необходимость обеспечения прямой видимости между излучателем и приёмником;

13. ограниченная дальность связи.

За счет своих преимуществ АОЛС-системы позволяют решать проблемы «последней мили», развивать городские сети передачи данных и голоса, осуществлять подключение домашних сетей или офисов к сети Интернет, а также выступать в роли резервного канала связи или увеличивать пропускную способность существующих каналов при высоком уровне защищённости.

На основе анализа литературы и данных сети интернет в таблице № 2.1показано сравнение каналов связи с учетом выбора критериев, применимых к модернизируемой компьютерной сети специального объекта.

Проанализировав план-схему участка базовой компьютерной сети с таблицей 2.1 можно увидеть, что использование волоконно-оптической линии связи является решением проблематичным, потому как если и удастся договориться с железнодорожным управлением о проходе через ж/д пути, то цена ВОЛС возрастет не меньше, чем в два раза. Так же увеличится и время реализации проекта, потому как на согласование прохода потребуется от 1 до 2 месяцев.

Таблица 2.1 Сравнение каналов связи

Характеристики	ВОЛС	АОЛС	РРС
Цена	>250 т.р.	150-900 т.р.	250-1500т.р.
Уровень сложности установки	сложный	легкий	средний
Дальность связи	<100км	0,2-5км	<100км
Пропускная способность	>100 Гб/с	2,5 Гб/с	<2,5 Гб/с
Влияние погодных условий	нет	да	да
Время развертывания	4-5 суток	сутки	2 суток
Необходимость прямой видимости	нет	да	да
Помехозащищенность	высокая	высокая	низкая
Чувствительность к сложным участкам трассы	да	нет	нет

Использование радиорелейных линий связи не подходит по ценовому критерию. РРС стоимостью до 400т.р. обладают малой пропускной способностью, не способной обеспечить нужды предприятия. К тому же использование РРС предполагает согласование с ГКРЧ, что приведет к увеличению реализации проекта.

Оптимальным вариантом проектного решения является использование атмосферно-оптических линий связи гибридного исполнения. За АОЛС стоимостью до 300т.р. можно получить пропускную способность до 1Гб/с, при высокой помехозащищенности и надежности сети. К тому же вторичный канал связи миллиметрового диапазона будет перекрывать недостатки АОЛС при плохих погодных условиях.

2.3 Характеристики АОЛС

В системах АОЛС используются инфракрасные лазеры, которые генерируют свет в диапазоне около 200 TГц, что соответствует длине волны порядка 1 мкм. Такой диапазон не требует лицензирования не только в России, но и в большинстве республик СНГ.

На рисунке 2.2 представлена обобщенная схема системы атмосферно-оптических линий связи.

Рис. 2.2 - Обобщенная схема системы АОЛС

Имеющаяся на рынке аппаратура использует одну из двух длин волн - 850 или 1550 нм. Лазеры, излучающие длину волны 850 нм, намного дешевле, чем для волн 1550 нм, и поэтому предпочтительны для связи на дистанции до 100 м. Однако если речь идет о более дальних расстояниях, мощном и в то же время безопасном для глаз излучении, то на первый план выходят длинноволновые лазеры. Инфракрасное излучение на длине волны 1550 нм поглощается роговицей глаза и не доходит до сетчатки. Нормами допускается мощность почти на два порядка больше, чем для 850-нанометровых лазеров. Это позволяет увеличить длину канала примерно в 5 раз при сохранении устойчивой связи, а при использовании на коротких расстояниях - значительно повысить скорость передачи данных. Как и всякая технология, беспроводная оптика имеет сильные и слабые стороны. Нужно признать, что на устойчивость и производительность канала существенное влияние оказывают и состояние окружающей атмосферы, и особенности распространения в ней инфракрасного луча.

Основные виды топологий систем АОЛС. Архитектура сетей АОЛС в зависимости от нужд предприятий и используемых приложений может иметь различные топологические конфигурации. Основными из них являются соединения типа «точка -- точка», «точка -- многоточка» и решетчатая структура. Допускается комбинация трех топологий. Соединения «точка -- точка» обеспечивают выделенный канал с высокой пропускной способностью, однако такой вариант трудно масштабируется. Более дешевая топология типа «точка -- многоточка» однако предоставляет меньшую пропускную способность. При необходимости обеспечить высокую степень масштабируемости следует отдать предпочтение кольцевой и решетчатой топологиям или, в крайнем случае, звездообразной. Они дают возможность легко добавлять узлы или реконфигурировать сеть.

Факторы, определяющие характеристики АОЛС. Атмосферно-оптические линии связи предназначаются для различных расстояний. Указываемая дальность, как правило, определяет максимально возможное расстояние для обеспечения непрерывного, стабильного соединения при летних погодных условиях, в средних широтах и умеренном количестве осадков. Необходимо знать, что при условиях, менее благоприятных, чем рассмотренные выше, максимальной дальности добиться нереально. На работоспособность системы АОЛС влияет целый ряд факторов. Все такие факторы должны быть детально исследованы и приняты во внимание для того, чтобы правильно выбрать оборудование, которое будет смонтировано в определенном месте и должно будет обеспечить требуемую надежность канала связи на заданном расстоянии. Факторы, определяющие работоспособность атмосферного канала, можно разделить на следующие категории: погодные условия высота над уровнем моря, и влияние атмосферы.

2.4 Классификация и характеристика современных систем атмосферно-оптических линий связи

В таблицах 2.2 и 2.3 приведены наиболее важные характеристики систем АОЛС, как иностранных, так и отечественных производителей (подбор оборудования происходил по критерию - оптимальная функциональность при наиболее комфортной цене).

Таблица 2.2 Обзор систем АОЛС иностранных производителей

Производитель	FsonaCorp.	PavDataSistemsLtd.	Lightpointeinc.	SystemSupportSolutions, Inc.
Название модели	SONAbeam 1250-E	PL-1G/1TX	HyBridge SXR-5	TS800/E1
Рекомендуемая дальность связи, км	0,1-1,75	0,2-1,5	0,1-1,5	0,4-0,6
Ширина диаграммы направленности, мрад	4	3	3,5	3,5
Скорость передачи данных, Гбит/сек	1,25	1	1	0,7
Мощность лазера, мВт	320	100	200	140
Число объективов	3	3	2	2
Тип исполнения	интегр.	раздельный	интегр.	раздельный
Резервируемый канал	нет	нет	да	нет
Цена, руб.	800 000	1 100 000	450 000	480 000

Таблица 2.3 Обзор систем АОЛС отечественных производителей

Производитель	Оптические ТелеСистемы	Лазер АйТиСи	Мостком
Название модели	ЛАНтастИКa-3Speed	ОСС1 Eth 1000 + РОД 100	M1-GE
Рекомендуемая дальность связи, км	0,1-1	0,4-2,5	0,05-0,7
Расходимость передатчика, мрад	5	2	2
Скорость передачи данных(max), Гбит/сек	1	0,5	1
Мощность лазера, мВт	240	150	200
Число объективов	3	1	2
Тип исполнения	интегр.	раздельный	раздельный
Резервируемый канал	нет	да	да
Цена, руб.	180000	230 000	340 000

В настоящее время на рынке телекоммуникационного оборудования существует несколько ведущих компаний, выпускающих лазерные атмосферные системы связи. Из отечественных производителей это:

– Мостком (Рязань);

Оптические ТелеСистемы (Санкт-Петербург);

– Лазер Ай-Ти-Си (Екатеринбург).

Среди зарубежных компаний, работающих в данном сегменте рынка, стоит уделить внимание следующим:

– FSONA (Канада);

– LightPointe (США);

– PAVDataSystems (Великобритания);

– System Support Solutions, Inc. (США).

Среди оборудования, выпускаемого данными компаниями, можно увидеть АОЛС-системы с пропускной способностью от 2 Мбит/с до 10 Гбит/c, и с максимальной рабочей дальностью от 200 до 7500 метров. При этом, говоря о тенденциях развития рынка АОЛС-оборудования, стоит отметить, что, разрабатывая и выпуская новые модели, производители стремятся к следующему: компьютерный программный оптический

- увеличение пропускной способности канала связи. И здесь, несомненно, лидирует американское предприятие «PavDataSystemsLtd», которая выпустила модель «TereScope10GE» с максимальной пропускной способностью 10 Гбит/с. Пока это единственное подобное АОЛС-решение на рынке [6].

- увеличение максимальной рабочей дистанции. В этой области лидирует компания «fSONA» (Канада). Она разрабатывает атмосферные системы с максимальной рабочей дистанцией 7.7 км., при скорости передачи данных 52 Мбит/с, 6.4 километра при 155 Мбит/с, и 5.3 километра при скорости канала 1250 Мбит/с [3].

- разработка более дешёвых систем для применения в корпоративных сетях небольших организаций. Например, компания «LightPointe» выпускает несколько серий относительно недорогих моделей, имеющих небольшие рабочие расстояния и предназначенных для корпоративных локальных сетей (продуктовые линейки «AireLite», «FlightLite») [5].

- повышение надёжности связи и увеличение процента доступности канала. Для достижения этого производители применяют такие средства как:

- выпуск АОЛС-систем с несколькими параллельно работающими излучающими лазерами (обеспечивает защиту от пролетающих птиц, снегопада). Например, компании «fSONA», «LightPointe» и «Оптические ТелеСистемы» производят модели с несколькими излучающими лазерами[2];

- применение систем пространственной стабилизации (также называемых как системы автотрекинга - autotrackingsystems), которые автоматически стабилизируют направление оптической связи в пространстве (отказы оптической линии из-за её разъюстировки зачастую превышают время неработоспособности вследствие плохих погодных условий). Введение автотрекинга обеспечивает установку приёмо-передающие модули на нестабильных основаниях - деревянных крышах, вышках сотовой связи и т.п., сохраняя при этом надёжность линии связи. Системы автотрекинга можно увидеть в оборудовании от компаний «Мостком», «LightPointe» [1];

- применение в АОЛС-системах резервного радиоканала, что позволяет не прерывать передачу данных при плохих погодных условиях (снегопад, сильный туман и т.д.). АОЛС-системы с резервным радиоканалом реализуют компании «Мостком», «Лазер Ай-Ти-Си», «LightPointe».

Тип исполнения. Одним из немаловажных критериев выбора систем АОЛС является тип исполнения. Существует два типа исполнения: интегрированный и раздельный[11].

Интегрированный тип исполнения отличается тем, что в приемно-передающем устройстве вместе с оптической частью собрана электронная составляющая системы. Такой тип системы сложен в обслуживании и больше подвергается климатическому воздействию, в результате чего увеличивается риск повреждения.

В свою очередь оборудование АОЛС раздельного типа представляет собой две части: оптический блок приемопередатчика и блок-преобразователь оптических сигналов, которые соединяются между собой специальным оптическим кабелем. Такой тип оборудования меньше всего подвержен климатическим воздействиям, вследствие чего расширяется его границы применения. Схематическое изображение устройства АОЛС раздельного типа исполнения представлено на рисунке.

На рисунке 2.3 представлена классификация атмосферно-оптических линий связи в виде схемы. Проанализировав классификацию и сравнив предлагаемые характеристики с требованиями к аппаратно-программным средствам для модернизации компьютерной сети, приходим к выводу, что необходимая система АОЛС должна обладать следующими характеристиками:

– Средняя дальность связи;

– Скорость передачи данных до 1000 Мбит/с;

– Наличие резервного канала связи;

– Раздельный тип исполнения;

– Расходимость передатчика <3 мрад.

Рис. 2.3 - Классификация АОЛС

2.5 Характеристика основных методов проектирования компьютерной сети

На основе анализа литературы и сети интернет выделим основные методы, которые наиболее подходят для проектирования сети:

– Метод морфологического анализа;

– Функционально-стоимостный анализ;

– Метод аналогий;

– Экспертно-аналитический метод;

– Метод системотехники.

Метод морфологического анализа основан на подборе возможных решений для отдельных частей задачи и последующем систематизированном получении их сочетаний (комбинировании). Относится к эвристическим методам[13].

Для осуществления морфологического анализа необходима точная формулировка проблемы для исследуемой системы. В результате даётся ответ на более общий вопрос посредством изыскания возможных вариантов частных решений, независимо от того, что в исходной задаче речь шла только об одной конкретной системе.

Функционально-стоимостный анализ -- метод системного исследования функций объекта с целью поиска баланса между полезностью и себестоимостью. Применяется как методология непрерывного совершенствования производственных технологий, систем, продукции, организационных структур[14].

Суть метода -- поблоковая отработка системы. Рассматривается каждый блок системы в отдельности, разделив блоки по принципу функционирования на основные и вспомогательные. Из исследования становится ясно, где «спрятаны» излишние затраты.

Задачей функционально-стоимостного анализа является достижение наивысших потребительских свойств системы при одновременном снижении всех видов производственных затрат.

Основные идеи функционально-стоимостного анализа:

– Потребителя интересует не система как таковая, а польза, которую он получит от её использования;

– Потребитель стремится сократить свои затраты;

– Интересующие потребителя функции можно выполнить различными способами - с различной эффективностью и затратами;

– Среди возможных альтернатив реализации функций существуют такие, в которых соотношение качества и цены является оптимальным для потребителя.

Метод аналогий состоит в использовании организационных форм и механизмов управления, которые оправдали себя в организациях со сходными организационными характеристиками по отношению к проектируемой организации (целями, технологией, спецификой, размерами и т. д. [15].

Метод аналогий состоит в применении организационных форм и механизмов управления, которые оправдали себя в локальных вычислительных сетях со сходными характеристиками (типом технологии, спецификой, размером и т. п.), по отношению к проектируемой системе.

Экспертно-аналитический метод - состоит в обследовании и аналитическом изучении системы, проводимыми квалифицированными специалистами с привлечением ее руководителей и других работников, с тем чтобы выявить специфические особенности, проблемы, «узкие места» в работе системы, а также выработать рациональные рекомендации по ее формированию или перестройке, исходя из количественных оценок эффективности организационной структуры, рациональных принципов функционирования, заключений экспертов, а также обобщения и анализа наиболее передовых тенденций в области организации системы. Данный метод, являющийся наиболее гибким и всеохватывающим, применяется в сочетании с другими (в особенности методами аналогий и структуризации целей) и имеет многообразные формы реализации. В первую очередь к ним относится осуществление диагностического анализа особенностей, проблем, «узких мест» в системе, аналогичных вновь создаваемой, с тем чтобы предусмотреть организационное решение выявленных проблем в разрабатываемой структуре системы.

К экспертным методам необходимо отнести также разработку и применение научных принципов формирования систем. Под ними понимаются основанные на передовом опыте использования и научных обобщениях руководящие правила, выполнение которых направляет деятельность специалистов при выработке рекомендаций по рациональному проектированию и совершенствованию систем. Принципы формирования систем являются конкретизацией более общих принципов функционирования. Особое место среди экспертных методов занимает разработка графических и табличных описаний организационных структур и процессов, отражающих рекомендации по их наилучшей организации.

Поскольку компьютерная сеть спец. объекта №14 является не первой сетью, подвергшейся модернизации в условиях развития уголовно-исполнительной системы, наиболее подходящим методом проектирования будет метод аналогий. С помощью наработок, научных обоснований и конкретного опыта такой метод позволит ускорить процесс проектирования компьютерной сети, избавит от некоторых исследований и даст возможность сузить круг выбираемых аппаратных и программных средств.

2.6 Выбор и обоснование структурной схемы модернизируемой компьютерной сети

На основе выше изложенной информации в виде анализа технологий, сравнении различных средств передачи информации, информационных потоков, потребностей, а также конкретного специального объекта в виде план-схемы с учетом всех нюансов и подробностей - компьютерная сеть специального объекта требует улучшения своих характеристик, а значит и модернизации. Наилучшим проектным решением является использование атмосферно-оптических линий связи с резервным каналом связи.

Роль каналообразующей аппаратуры выполняет система атмосферно-оптических линий с резервным каналом связи. Через систему АОЛС спец. объект №8 транслирует в спец. объект №14 такие информационные потоки как, Ethernet, Internet, E1, которые принимаются мультиплексором «ToPGATE-4E1-8F-2FG». Далее мультиплексор поток Е1 перенаправляет на ЦАТС, потоки Ethernet и Internet через коммутатор раздает пользователям.

Система видеомониторинга организована следующим образом. Аналоговые сигналы от видеокамер, расположенных по всему периметру и территории специального объекта №14 собираются IP-видеосерверами, преобразуются в цифровые потоки и через коммутатор отправляются на сервер записи, хранения, обработки данных. Мониторы видеонаблюдения с помощью специальных программных средств позволяют просматривать изображения видеокамер.

При необходимости контроля специального объекта №14 Управлением ФСИН в ситуационном центре с помощью программных и аппаратных средств организуется сбор видеоданных в режиме «online» путем подключения к системе видеонаблюдения через модернизированный канал связи на основе атмосферно-оптических линий связи.

3. Проектирование компьютерной сети специального объекта на основе АОЛС

Одной из целей концепции развития уголовно-исполнительной системы Российской Федерации с технической стороны является увеличение контроля за осужденными, что включает внедрение в подведомственные учреждения УИС таких систем, как видеонаблюдение. Спец. объект № 14 характерен большой территорией, как жилой, так и производственной, в связи с чем планируется установка 250-ти видеокамер, а также видеосерверов, маршрутизаторов, медиаконвертеров и другого оборудования сети.

3.1 Выбор аппаратных средств компьютерной сети

Выбор аппаратных средств компьютерной сети предпочтительно разделить на два пункта. Первый будет описывать выбор системы атмосферно-оптических линий связи, второй - оборудование сети, необходимое для видеонаблюдения.

Выбор системы АОЛС. Основным фактором, влияющим на выбор системы АОЛС, является цена.

Проанализировав рынок иностранных производителей можно сразу увидеть завышенные цены на то, или иное оборудование АОЛС. Причем, как правило, характеристики систем АОЛС иностранных производителей не сильно отличаются от отечественных. На основе этого, покупка иностранного оборудования, является действием нецелесообразным. К тому же, если возникнут какие-либо вопросы по оборудованию или проблемы, связанные с ним, гораздо проще взаимодействовать с технической поддержкой отечественных производителей, чем с поставщиками из-за рубежа.

Рынок отечественных производителей может предложить нам следующие системы АОЛС, со схожими техническими характеристиками, рассмотренными в таблице № 3.1:

– «ЛАНтастИКa-3Speed» (Оптические ТелеСистемы);

– «ОСС1 Eth 100 + РОД 100» (Лазер АйТиСи);

– «ArtolinkM1-GE» (Мостком).

Таблица 3.1 Характеристики АОЛС отечественных производителей

Производитель	Оптические ТелеСистемы	Лазер АйТиСи	Мостком
Название модели	ЛАНтастИКa-3Speed	ОСС1 Eth 1000 + РОД 100	Artolink M1-GE
Рекомендуемая дальность связи, км	0,1-1	0,4-2,5	0,05-2,7
Расходимость передатчика, мрад	5	2	2
Скорость передачи данных(max), Гбит/сек	1	1	1
Мощность лазера, мВт	150	200	200
Число объективов	3	1	2
Тип исполнения	интегр.	раздельный	раздельный
Резервируемый канал, Мбит/сек.	Нет	100	54
Цена, руб.	150000	200 000	310 000

Система «ЛАНтастИКa-3Speed» (Оптические ТелеСистемы) обладает рядом преимуществ, такими как низкая цена, высокая скорость передачи данных и большое количество объективов [9]. Но низкая цена не оправдывает недостатки системы - интегрированный тип исполнения менее надежен в сравнении с раздельным, отсутствие резервируемого канала при эксплуатации скажется на надежности сети не в лучшую сторону, что не соответствует требованиям модернизации сети. К тому же, расходимость передатчика системы в 2,5 раза больше, чем у остальных рассматриваемых систем, что влияет на производительность системы в целом.

Преимущества системы «ArtolinkM1-GE» (Мостком) заключаются в большой рекомендуемой дальности связи, за счет которой можно организовать избыточность системы; раздельный тип исполнения расширяет границы температурного диапазона эксплуатации системы; два объектива при довольно мощном лазере могут обеспечить неплохие показатели производительности. Однако цена системы АОЛС завышена, при том что за 310 т.р. кроме системы, мы получаем резервируемый канал, который, представлен в виде не самого профессионального решения - в виде wi-fi точки доступа с пропускной способностью 54 Мбит/сек.