У розрахунку трафіку фігурують імовірнісні характеристики потоку даних, які генеруються різними мережевими додатками.

Трафік розраховується окремо для кожного виду послуги на кожному мережевому вузлі. Формула (1.7) для розрахунку має вигляд:

(1.7)

де: k - номер мережевої послуги;

i - номер вузла;

- математичне очікування трафіку, який генерується k-ю послугою на і-му вузлі;

- швидкість передачі даних (у бітах чи пакетах на секунду) - середня пропускна здатність каналу зв'язку, якої достатньо для якісної передачі трафіку k-ї послуги;

- кількість абонентів на і-му вузлі, які користуються k-ю послугою;

- вірогідність використання к-ї послуги в годину найбільшого навантаження (ГНН).

Сумарний трафік, що генерується на і-му вузлі, дорівнює:

. (1.9)

Вхідне навантаження IP телефонії фізичних осіб та юридичних відрізняється в кожному мікрорайоні та залежить ще й від тарифу, тому зведемо вхідні навантаження до таблиці 1.10.

Таблиця 1.10 - Розподіл вхідного навантаження IP телефонії по мікрорайонам

У таблиці 1.11-1.12 наведені орієнтовні характеристики абонентських послуг для фізичних та юридичних осіб. Розподіл вхідного навантаження передачі даних, та даних за вимогою наведений у Додатку Б, таблицях Б.1-Б.6.

Таблиця 1.11 - Параметри трафіку широкомовних інтерактивних служб для фізичних осіб

Таблиця 1.12 - Параметри трафіку широкомовних інтерактивних служб для юридичних осіб

Виходячи з розрахованих даних трафіку передачі даних та даних за вимогою для різних тарифів (Додаток В, таблиці В.1-В.6), розрахуємо трафік для кожного виду послуги на мережевому вузлі та занесемо в таблиці (Додаток Г, таблиці Г.1-Г.8). Приведемо таблицю розрахунку трафіку для мікрорайону_1:

Таблиця 1.13 - Трафік послуг мікрорайону_1

Розрахуємо трафік на прикладі послуги IP телефонії для багатоповерхової забудови для мікрорайону 1 за формулами 1.7 та 1.8:

В¹_ср=16/1=16 Кбіт/с,

=16•594•0,1=950,4 Кбіт/с.

Відеоконтент розповсюджується за допомогою передачі мультикасту, тому трафік, який він створює, не підсумовується, а лише додається до загального трафіку, смугою у 300 Мбіт/с. Приведемо підсумкову таблицю розрахунку трафіку:

Таблиця 1.14 - Розподіл трафіку по мікрорайонам

Для розрахунку загальної ємності каналу телефонії варто скласти загальне навантаження IP телефонії серед абонентів (таблиця 1.15) виходячи з даних таблиць 1.5, 1.6 та 1.10.

Таблиця 1.15 - Навантаження IP телефонії серед абонентів

В таблиці 1.16 приведено відсоткове відношення напрямків телефонії.

Таблиця 1.16 - Відношення напрямків IP телефонії

Тому що телефонна мережа розраховувалася (прогнозувалася) в одиницях виміру «Ерланг», а інформаційна частина в одиниці «кбіт/с», тому слід перейти до загальної одиниці виміру - «кількість каналів».

Можна визначити, яка кількість каналів потрібна для визначеного навантаження, при якості обслуговування з імовірністю втрат 0,005 (використовувати таблицю Кендалла-Башаріна).

Таблиця 1.17 - Загальна кількість каналів

На підставі вищевикладеного можна зробити висновки:

1) В Київському районі склалася ситуація, коли серед мешканців з'явилась необхідність у великій швидкості Інтернету та широкому пакеті послуг.

2) В районі був проведений розподіл населення, та поділено район на мікрорайони зі своїми вузлами.

3) Був проведений розподіл послуг, та тарифів серед абонентів району.

4) Було розраховано трафік у ГНН для району. З цих даних буде вибиратися устаткування, технологія мережі. Трафік з кожного мікрорайону концентрується у вузлі агрегації свого мікрорайону і створює навантаження в середньому 1-1,5 Гбіт/с. Слід що загальна пропускна здатність каналу повинна бути не нижче 9 Гбіт/с. Найбільше навантаження йде на трафік Інтернету (передача даних і даних на вимогу). Для зв'язку телефонії з абонентами ТМЗК, міжміські і міжнародного напрямку необхідно 31 канал Е1. Найбільше навантаження IP телефонії створює діловий сектор.

2. Вибір концепції побудови мережі

Типова структура мережі припускає наявність трьох рівнів: доступ, магістраль і ядро. У центрі (ядро) перебувають високопродуктивні платформи для швидкої комутації трафіку з підтримкою протоколів динамічної маршрутизації; тут же забезпечується підключення до вищих провайдерів і розташовуються сервісні центри.

Мережу Київського району поділено на два рівні: рівень доступу та рівень магістралі.

2.1 Вибір побудови магістральної мережі

Основними магістральними технологіями на сьогодні є наступні: SDH, ATM, EoSDH, Gigabit/10 Gigabit Ethernet.

SDH - телекомунікаційна технологія з комутацією каналів, створена і оптимізована для передачі оцифрованих голосових потоків зі швидкістю 64 кбіт/с. SDH далеко не найефективніша технологія щодо використання транспортного ресурсу, але зате, в силу своєї специфіки, надійна у відношенні стабільних параметрів передачі.

Технологія ATM була задумана як універсальна технологія для наскрізної передачі мультисервісного трафіку по мережах будь-якого типу та рівня. Це означає, що вона може використовуватися і в мережах з комутацією каналів (SDH), і в мережах з комутацією пакетів (Ethernet), причому як в магістралях, так і на останній милі.

Головний недолік мереж з технологією ATM полягає в їхній повній несумісності з жодною з існуючих мереж. Плавний перехід на ATM у принципі неможливий, потрібно міняти відразу все устаткування, а вартість його поки що дуже висока. У табл. 2.1 наведені порівняльні характеристики технологій ATM і EoSDH.

Таблиця 2.1 - Порівняльні характеристики технологій ATM і EoSDH

Технологія Gigabit Ethernet (гігабітний стандарт Ethernet) - це високошвидкісні локальні мережі стандарту IEEE 802.3z. Дана технологія дозволяє використовувати смугу пропускання в 10 разів більшу, ніж технологія Fast Ethernet.

Комплекс технологій l0 Gigabit Ethernet призначений для побудови супершвидкісної магістральних з'єднань в мережах IEEE 802.3/Ethernet. Як випливає з назви, технології цього комплексу забезпечують можливість передачі даних по магістральних з'єднанням ЛВС Ethernet на швидкості 10 Гбіт/сек. У табл. 2.2 наведено порівняльні характеристики технологій ATM і Gigabit Ethernet.

Один з потенційних недоліків Gigabit Ethernet в тому, що технологія Ethernet у чистому виді не призначена для підтримки трафіку реального часу, такого, як мова і відео. Для таких пакетів повинні бути прийняті досить серйозні заходи щодо забезпечення якості обслуговування, щоб вони перебували вчасно і без затримки.

Таблиця 2.2 - Порівняльна характеристика технологій ATM і Gigabit Ethernet

Базові контрольно-керуючі технології для магістральних мереж є: VLAN, Q-in-Q, STP, OSPF, MPLS.

Найбільш передовою технологією для побудови операторських мереж є Multiprotocol Label Switching (MPLS), як найбільш ефективна архітектура для передачі IP трафіку.

Для просування даних по мережі MPLS використовує техніку, відому як комутація пакетів за мітками. MPLS підтримує й інші додаткові сервіси: Traffic Engineering (TE), QoS, VPN, EoMPLS і AToM.

MPLS знаходиться між мережевих і канальним рівнями, і емулює різні властивості мереж з комутацією каналів поверх мереж з комутацією пакетів. Тим самим з його допомогою можна передавати різні протоколи за одним стандартом. У традиційній IP мережі пакети передаються від одного маршрутизатора іншому і кожен маршрутизатор читаючи заголовок пакета (адреса призначення) приймає рішення про те, за яким маршрутом відправити пакет далі.

У протоколі MPLS ніякого подальшого аналізу заголовків в маршрутизаторах по шляху прямування не проводиться, а переадресація управляється виключно на основі міток. Протоколі MPLS має багато переваг перед традиційною маршрутизацією на мережевому рівні.

Однак ці переваги відсутні при зв'язку точка-точка. Більш того, додавання MPLS міток збільшує переданий пакет, і тим самим - загальний трафік.

2.1.2 Вибір топології для магістральної мережі

Для з'єднання рівня доступу та магістралі необхідно використовувати оптичне волокно. Переваги оптоволоконного типу зв'язки:

- по оптоволоконній лінії можна передавати інформацію зі швидкістю порядку 1000 Гбіт/с і більше;

- дуже мале загасання світлового сигналу у волокні, що дозволяє будувати волоконно-оптичні лінії зв'язку довжиною до 100 км і більш без регенерації сигналів;

- стійкість до електромагнітних перешкод з боку навколишніх мідних кабельних систем, електричного устаткування (лінії електропередачі т.і.) і погодних умов;

- захист від несанкціонованого доступу. Інформацію, що передається по волоконно-оптичним лініям зв'язку, практично не можна перехопити не руйнуючим кабель способом;

- довговічність - термін служби волоконно-оптичних ліній зв'язку становить не менш 25 років.

Розвиток технології оптичних кабельних систем і поступове витіснення традиційних мідних кабелів оптичними призвело до появи концепції оптичних широкосмугових мереж доступу. В даний час концепція оптичних абонентських мереж, що отримала назву FTTx, широко застосовується для побудови мереж доступу. Варіанти реалізації концепції FTTx також поділяються на PON (Passive optical network) та AE (Active Ethernet).

2.2.1 Технології FTTx

В даний час вже є ціла концепція абонентських кабельних мереж нового покоління. Пов'язана вона з сімейством концепцій FTTx, Відповідно, замість х додаються різні пункти доведення оптичного транспорту до користувача (рис. 2.1):

- FTTB (Fiber To The Building) - оптична система передачі до будинку;

- FTTN/FTTC (Fiber To The Node) - оптична система передачі до вузла;

- FTTO (Fiber To The Office) - оптична система передачі до офісу;

- FTTH (Fiber To The Home) - оптична система передачі до квартири;

Рисунок 2.1 - Варіанти побудови мереж FTTx

Широка смуга систем FTTx відкриває нові можливості надання абонентам більшого числа нових послуг. В таблиці 2.3 приведено порівняння технології доступу.

Таблиця 2.3 - Порівняння технологій доступу

Сьогодні на оптичній ділянці найбільш популярні три групи технологій: пасивних оптичних мереж (PON), Ethernet (у комутованому варіанті) і гібридних коаксіально-оптичних мереж (HFC).

Технологія FTTB - волокно до будинку, тобто до кожного будинку підходить оптико-волоконний канал, що забезпечує повну захищеність переданого сигналу від електромагнітних і радіочастотних перешкод, дає можливість надати високі швидкості доступу. Це найбільш затребувана сьогодні технологія будівництва нових широкосмугових мереж. Причина цьому - зниження за останні роки ціни на оптичний кабель, появу дешевих оптичних приймачів, передавачів. Використання оптики в FTTB дозволяє використовувати для передачі даних технологію Metro Ethernet, яка в порівнянні з DOCSIS приносить відчутне збільшення у швидкості передачі даних.

Ethernet-комутатор або DSLAM-мультиплексор в будівлі (як правило, в підвальному або горищному приміщенні) підключається до точки присутності з використанням одного або пари оптичних волокон (активний Ethernet). Агрегований трафік будівлі передається через це з'єднання з використанням стандарту Gigabit Ethernet або 10 Gigabit Ethernet. З'єднання між абонентами і комутатором будівлі можуть здійснюватися з використанням кручений пари, на базі одного з механізмів Ethernet-транспорту в залежності від середовища передачі для вертикальних каналів.

FTTH - це технологія прокладки волокна в будинок. Враховуючи, що абоненти проживають в основному в багатоквартирних будинках, FTTH означає, на відміну від FTTB, доведення оптичного волокна до квартири абонента.

FTTH реалізується, як правило, в двох конфігураціях оптоволоконних підключення: пасивні оптичні мережі (PON) і традиційна технологія активних оптичних мереж Ethernet «точка-точка». Кожен з терміналів оптичної мережі (ONT) у приміщенні абонента підключається окремою жилою до порту комутатора в точці присутності або до оптичного сплітеру, від якого до точки присутності прокладається загальна оптоволоконна лінія. У випадку підключення за схемою «точка-точка» застосовуються стандарти передачі 100BASE-LX або 1000BASE-LX.

Більші витрати на FTTH зв'язані як з вартістю устаткування, так і з ціною монтажу. У технології FTTB перетворювачі (оптичний вузол і медіа конвертери) установлюються в розрахунках один додому (60-300 квартир), а при FTTH - кожному абонентові. При використанні PON крім цього устаткування кожному абонентові потрібно встановити ще й сплітери. Потрібно відзначити також ріст числа необхідних оптичних волокон і розгалужувачів. Більш висока вартість монтажу пояснюється також і більшою кількістю встановлюваних і «що розварюються» оптичних кросів. Якщо при FTTB вони встановлюються в розрахунках один додому, то при FTTH - у розрахунках один на кожний поверх. Приведемо порівняння технологій FTTx в таблиці 2.4.

FTTN(С) - оптичні канали до мультисервісного вузла доступу (розподільчого вузла) і далі DSL-канали до абонента.

Збереження ділянки мідного кабелю в змішаній мідно-оптичному середовищі доступу пояснюється ще й тим, що заміна мідного кабелю оптичним на останніх декількох сотнях метрів абонентської лінії вимагає великих витрат, оскільки, по-перше, ця остання ділянка є індивідуальним для кожного абонента і, по друге, необхідна повна заміна абонентської проводки в приміщенні кожного користувача.

Комутатор або DSLAM-мультиплексор у вуличній комутаційній шафі підключається до точки присутності з використанням одного або пари оптичних волокон. Агрегатний трафік від довколишніх абонентів передається через це з'єднання з використанням стандарту Gigabit Ethernet або 10 Gigabit Ethernet. Сполучення між абонентами і комутатором у вуличній шафі можуть здійснюватися з використанням оптоволокна (активна оптична мережа) з пропускною спроможності 100 Мбіт/с або 1000 Мбіт/с або по витій парі з використанням технології VDSL2.

Таблиця 2.4 - Порівняння технологій FTTB та FTTH

Виходячи з порівняння технологій FTTx, оберемо технологію FTTB для багатоповерхової забудови, так як вона є найбільш економічно вигідною для густонаселених районів.

Для приватного сектору була обрана технологія FTTN(C), яка є найбільш вигідною для приватного сектора.

Для ділового сектору була обрана технологія FTTH, так як для ділового сектора необхідно висока надійність і гарантована смуга для передачі даних. Однак залишається питання яку технологію використовувати поверх FTTx, та через яку технологію xDSL організувати з'єднання між абонентів приватного сектору та обладнанням рівня доступу.

Рисунок 2.2 - Обрані варіанти побудови мережі доступу

2.2.2 Технологія Active Ethernet

Структурна схема мережі сформована на базі аналізу типових архітектурно-топологічних рішень обраних технологій та наведена в Додатку Д. Київський район був поділений на 8 мікрорайонів. В кожному мікрорайоні знаходиться вузол агрегації, до якого підключається мережа доступу. Разом вузли утворюють магістральну мережу. Вузли агрегації з'єднанні за топологією «кільце» із застосуванням технології 10 Gigabit Ethernet.

«Кільце» утворюється так: вузли агрегації з'єднанні по топології «лінійне кільце» і далі магістральна мережа підключається до мережі передачі даних ТГ Vega в двох точках взаємопідключення: на майданчику_1 та майданчику_8. Далі увесь трафік з магістральної мережі йде по каналах мережі передачі даних ТГ Vega і замикає «кільце», адже в мережі ТГ Vega також існують резервні канали. За рахунок такого підключення суттєво збільшується відмовостійкість, адже при відмові одної зі сторін увесь трафік піде через іншу сторону «кільця». Відмова двох ділянок одразу мало імовірна, тому надійність магістральної мережі дуже велика.

З магістральної мережі, через мережу передачі даних ТГ Vega увесь трафік поступає до ядра. У ядрі знаходяться високопродуктивні платформи для швидкої комутації трафіку, тут же забезпечується підключення до провайдерів вищого рівня і розташовані сервери з відеоконтеном, файлові, поштові, ігрові сервери. Також у ядрі знаходяться soft-switch та опорно-транзитна станція, завдяки яким забезпечується обробка трафіку IP телефонії (вихід до телефонної мережі загального користування на міжміські та міжнародні напрямки).

Мережа доступу виконана за технологією сімейства FTTx, та поділяється на мережу доступу багатоповерхових забудов, приватного сектору та мережу доступу ділового сектору. Мережа доступу багатоповерхових забудов організована за технологією FTTB, та складається з комутаторів доступу, з'єднаних по топології «кільце». У кожному «кільці» 5-7 комутаторів, в залежності від географічної віддаленості будинків. Комутатори мережі доступу з'єднанні між собою та підключенні до магістральної мережі за технологією Gigabit Ethernet, тому що загальний трафік на кільце не перевищує 1 Гбіт/с. Разом з комутаторами доступу розташовані і голосові шлюзи для підключення аналогових телефонів. Абоненти багатоповерхових забудов підключаються до комутаторів доступу по мідній крученій парі за технологією Fast Ethernet, адже максимальна швидкість за тарифами, не перевищує 100 Мбіт/с.

Мережа доступу приватного сектору організована за технологією FTTN(C), та складається з технологій GePON та VDSL2. На майданчиках разом з комутатором агрегації розташовано комутатор GePON. Від вузла агрегації мікрорайону оптичні канали надходять до оптичного сплітеру. До одного оптичного каналу підключається від 5 до 10 ONT пристроїв. Після оптичного сплітеру оптичні канали розповсюджуються по точках до ONT пристроїв, від яких радіусом 200-500 м. можливе покриття будівель приватного сектору. У цих точках знаходяться розподільні шафи, у яких знаходяться VDSL2 DSLAM, підключені до ONT пристрою, для зв'язку з комутатором агрегації. Від цієї розподільчої шафи розходяться мідні кабелі, по яких за технологією VDSL2, абоненти мають доступ до мережі на швидкості до 100 Мбіт/с. Для деяких абонентів можливе пряме підключення до мережі по оптичному кабелю на швидкості до 100 Мбіт/с через ONT пристрій.

Мережа доступу ділового сектору реалізована за технологією FTTH, використовуючи мережеву технологію Gigabit Ethernet. З'єднання магістрального комутатору з обладнанням клієнта відбувається за принципом poin-to-point або точка-точка. Увесь потік інформації від клієнта поступає по оптоволокна одразу на магістральний комутатор. При цьому ціна за абонентський порт значно вища, ніж у інших технологій, однак, дане включення гарантує ту смугу пропускання, яку заказав клієнт. Але не увесь діловий сектор підключено за технологією FTTH. Деякі клієнти, розташовані в багатоповерхових забудовах та приватному секторі, підключені за технологіями FTTB та FTTN(C).

Якщо раніше самим масовим на ринку були технології xDSL - доступу по мідних проводах, то останнім часом на перше місце виходить доступ по волоконно-оптичному кабелю, завдяки своїй перевазі у швидкості, та й зниженню вартості самих кабелів.

В цій главі були обрані топології та технології проектуємої мережі.

Мультисервісна мережа Київського району поділена на мережі доступу та магістральну мережі. Район поділений на мікрорайони з вузлами агрегації, до вузлів агрегації підключена мережа доступу за технологіями сімейства FTTx. Абонентам будуть надаватися послуги IP-телефонії, IPTV та доступу до мережі Internet. Від абонента багатоповерхових забудівель до комутатора мережі доступу буде застосуватися технологія Fast Ethrenet. Від комутатора доступу до вузла агрегації буде застосована технологія Gigabit Ethernet, на магістральній мережі застосовується технологія 10-Gigabit Ethernet. Усі магістральні комутатори з'єднані за топологією «кільце», та підключаються до мережі ТГ Vega у двох точках, тим самим «замикає» кільце через мережу ПД ТГ Vega.