Методы расчета нагрузки и производительности оборудования мультисервисных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовую работу

Таблица 1 - Подключение оконечных пользователей

Шлюз доступа	Число абонентов ТфОП	Число абонентов ISDN-BRA	Число сетей доступа/число потоков Е1 от каждой	Число подключаемых УПАТС/число потоков Е1 от каждой	Число подключаемых LAN/число абонентов в каждой
1	1000	100	2: AN11:1E1 AN12:3E1	0	2: LAN11:300 LAN12:300
3	2000	150	3: AN31:2E1 AN32:5E1 AN33:7E1	3: PBX31:4E1 PBX32:2E1 PBX33:1E1	3: LAN21:50 LAN22:1000 LAN23:100
4	3000	200	0	1: PBX31:2E1	2: LAN31:200 LAN32:300

Таблица 2 - Конфигурация нагрузок в проектируемом фрагменте

Взаимодействующие объекты	Нагрузка
ТфОП 1 - абоненты пакетной сети (КТфОП 1)	20 % (*)
ТфОП 3 - абоненты пакетной сети (КТфОП 3)	20 % (*)
Абоненты пакетной сети - абоненты пакетной сети (KNGN)	60 % (*)



Реферат

Основная цель данной курсовой работы состоит в изучении мультисервисных сетей связи. Целью выполнения данной работы является изучение методов расчета нагрузки и производительности оборудования мультисервисных сетей



Введение

Основная цель проекта состоит в проектировании мультисервисной сети по заданной конфигурации с применением различного сетевого оборудования. Результаты проекта, могут быть использованы для построения реальной мультисервисной сети. Проект построения мультисервисной сети рассматривается исключительно с технической точки зрения. Вопрос экономической целесообразности применяемого оборудования в данном курсовом проекте не рассматривается.



1. Расчет нагрузки, создаваемой пользователями

Схема связи мультисервисной сети согласно заданию приведена в приложении 1.

Число шлюзовопределяется исходя из параметров критичности длины абонентской линии, топологии первичной сети (если таковая уже существует), наличия помещений для установки, технологических показателей типов оборудования, предполагаемого к использованию.

Исходя из критерия критичности длины абонентской линии, зона обслуживания шлюза доступа должна создаваться таким образом, чтобы максимальная длина абонентской линии не превышала 3-4 км. Если шлюз производит подключение оборудования сети доступа интерфейса V5, LAN либо УПАТС, то зона обслуживания шлюза включает в себя и зоны обслуживаемых объектов.

Исходя из зоны обслуживания, определяются емкостные показатели шлюза, которые отражают общее количество абонентов и емкости каждого из типов подключений.

Введем следующие переменные:

- число абонентов, использующих подключение по аналоговой абонентской линии;

- число абонентов, использующих подключение по базовому доступу ISDN;

- число абонентов с терминалами SIP/H.323/MGCP, использующих подключение по Ethernet-интерфейсу на уровне маршрутизатора шлюза доступа;

- число LAN, подключаемых к Ethernet-маршрутизатору на уровне шлюза доступа;

- число абонентов, подключаемых к LAN_i, где i- номер LAN;

- число сетей доступа интерфейса V5, подключаемых к шлюзу доступа;

- число пользовательских каналов (DS0) в интерфейсе V5j, где j - номер сети доступа;

- число УПАТС, подключаемых к шлюзу;

- число пользовательских каналов (DS0) в интерфейсе подключения УПАТС_k, где k- номер УПАТС.

Тогда с учетом введенных обозначений нагрузка от каждого источника определяется по соответствующим формулам.

, (1.1)

где - общая нагрузка, поступающая на шлюз доступа от абонентов PSTN; - удельная нагрузка от абонента ТфОП в ЧНН. Будем считать, что

, (1.2)

где - общая нагрузка, поступающая на шлюз доступа от абонентов ISDN; - удельная нагрузка от абонента ISDN в ЧНН. Будем считать, что

, (1.3)

где - общая нагрузка, поступающая на шлюз доступа от абонентов с терминалами SIP/H.323/MGCP, использующих подключение по Ethernet- интерфейсу на уровне маршрутизатора шлюза доступа; - удельная нагрузка от абонента SHM в ЧНН. Будем считать, что



, (1.4)

где - нагрузка от сети доступа j интерфейса V5, подключаемой к шлюзу доступа; - удельная нагрузка одного пользовательского канала интерфейса V5. Будем считать, что

, (1.5)

где- нагрузка от УПАТС k, подключаемой к шлюзу; - удельная нагрузка одного пользовательского канала первичного доступа ISDN. Будем считать, что

Исходя из этого определяются соответствующие общие нагрузки.

Общая нагрузка, поступающая от абонентов ТфОП,ISDN и SIP/H.323/MGCP на резидентный шлюз доступа равна:

.(1.6)

Общая нагрузка, поступающая на шлюз доступа, обеспечивающий подключение оборудования сетей доступа интерфейса V5, равна:

.(1.7)

Общая нагрузка, поступающая на транкинговый шлюз, обеспечивающий подключение оборудования УПАТС, равна:

. (1.8)

Если шлюз реализует функции резидентного шлюза доступа, шлюза доступа и транкингового шлюза подключения УПАТС, то общая нагрузка, поступающая на шлюз, равна:

(1.9)

Произведем расчёт по формуле (1.9) для заданных шлюзов:

Аналогично рассчитаем для RAGW₃и RAGW₄:

Долю внутренней нагрузки пользователей, подключенных к i-му шлюзу, найдем по доле нагрузки пользователей RAGW_i в общей нагрузке пакетной сети доступа:

(1.10)

где k - количество проектируемых шлюзов RAGW.

Произведем расчёт по формуле (1.10) :



Аналогично рассчитаем

и:

Внутреннюю нагрузку абонентов, подключенных к i-му шлюзу, вычислим по формуле (1.11):

(1.11)

Произведем расчёт по формуле (1.1) для заданных шлюзов:

Аналогично рассчитаем для RAGW₃и RAGW₄:

Исходящая нагрузкаi-го шлюза по направлению к абонентам пакетной сети рассчитывается по формуле (1.12), а по направлению к ТфОП - по формуле (1.13):



,(1.12)

, (1.13)

Произведем расчёты по формулам (1.10) и (1.11):

Аналогично рассчитаем для RAGW₃и RAGW₄:

Нагрузки, создаваемые абонентами, подключаемыми к пакетной сети, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 ?Нагрузка, создаваемая пользователями пакетной сети

Номер шлюза доступа	Общая нагрузка, Эрл	Внутренняя нагрузка, Эрл	Исходящая нагрузка к другим шлюзам, Эрл	Исходящая нагрузка к ТфОП1, Эрл	Исходящая нагрузка к ТфОП3, Эрл
RAGW1	276	48,73	136,36	45,45
RAGW3	849	461,17	232,7	77,57
RAGW4	438	122,74	189,16	64,05

Количество каналов E0 для обслуживания нагрузок на стыках сетей ТфОП и NGN можно рассчитать по формуле (1.14):



(1.14)

Число каналов Е0 и потоков Е1, необходимых для обслуживания нагрузок на стыках сетей ТфОП и NGN, приведено в таблице 1.2.

Таблица 1.2 ? Схема распределения нагрузок при обслуживании базовых вызовов от сетей ТфОП

Объект	Исх.нагр. к ТфОП от RAGW1, Эрл	Исх.нагр. к ТфОП от RAGW3, Эрл	Исх.нагр. к ТфОП от RAGW4, Эрл	Сум-ая нагрузка, Эрл	Число каналов	Число потоков Е1
ТфОП1	45,45	77,47	63,05	186,1	233	8
ТфОП3	45,45	77,47	63,05	186,1	233	8

Итак, TGW₁и TGW₃ связаны с существующими ТфОП₁ и ТфОП₃ соответственно восемью трактами типа E1.

Введем следующие переменные:

- удельная интенсивность вызовов от абонентов, использующих доступ по аналоговой телефонной линии в ЧНН;

- удельная интенсивность вызовов от абонентов, использующих доступ по базовому доступу ISDN;

- удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсивность вызовов от абонентов, подключаемых к пакетной сети через сети доступа интерфейса V5;

- удельная (приведенная к одному каналу интерфейса) интенсивность вызовов от УПАТС, подключаемых к пакетной сети;

- удельная интенсивность вызовов от абонентов, использующих терминалы SIP, H.323, MGCP.

В соответствии с общетехническими требованиями к городским АТС интенсивность вызовов равна:

,

,

.

Значение можно принять равным . Значение можно принять равным .

Транспортный ресурс, который должен быть выделен для передачи в пакетной сети трафика, поступающего на шлюз, рассчитывается следующим образом:

, (1.15)

где - пользовательский ресурс шлюза, - сигнальный ресурс шлюза.

Формулу определения пользовательского ресурса шлюзаможно представить в виде:

(1.16)

где - ресурс для передачи информации от кодека G.711 без подавления пауз, используемого для эмуляции каналов; х - доля нагрузки; k - коэффициент использования ресурса,k=1,25;- скорость передачи кодека типа m при обслуживании вызова; - общая нагрузка, поступающая на шлюз.



Сигнальный ресурс шлюза рассчитывается по следующей формуле:

мультисервисный сеть коммутатор пакетный

, (1.17)

где - сигнальная нагрузка от АТА;

- сигнальная нагрузка от ЦТА;

- сигнальная нагрузка от УПАТС;

- сигнальная нагрузка от IP-ТА.

Данные сигнальные нагрузки рассчитывается по следующим формулам:

,(1.18)

(1.19)

(1.20)

(1.21)

где -средняя длина одного сообщения соответствующего протокола;

-количество сообщений, необходимых для установления и разрушения соединения.

На основании формулы (1.16), с учетом того, что используется кодек G.726 с требуемой полосой 38 кбит/с и при этом 5% вызовов требуют кодека G.711 с полосой 84,4 кбит/с, произведем расчет требуемого транспортного ресурса для обслуживания пользовательского трафика при подключении шлюзов RAGW:



Аналогично рассчитаем для RAGW₃и RAGW₄:

На основании формул (1.17)- (1.21), с учетом того, чтодлина одного сообщения всех протоколов L = 50 байт, количество сообщений протоколов, необходимых для установления и разрушения соединения N = 10, произведем расчет требуемого сигнального ресурса шлюза:

Аналогично рассчитаем для RAGW₃и RAGW₄:

.

На основании формулы (1.15), произведем расчет общего транспортного ресурса, для передачи пользовательской и сигнальной информации:

.



Аналогично рассчитаем для RAGW₃и RAGW₄:

.

Пропускную способность при обработке вызовов внутренней нагрузки рассчитаем по формуле:

(1.22)

Рассчитаем транспортный ресурс, необходимый для обработки трафика между сетями, при взаимодействии TGW₁ и TGW₃ с RAGW_1,RAGW₃ и RAGW₄ по формуле:

(1.23)

Произведем расчет требуемого сигнального ресурса TфОП по формуле:

(1.24)

Примем условие равенства исходящего (от транспортной сети к существующей ТфОП) и входящего (от существующей ТфОП к транспортной пакетной сети) трафика:

Учитывая, что нагрузки от абонентов, подключаемых к RAGW, распределяются по другим RAGW равномерно, пропорционально числу подключаемых к данным RAGW абонентов, получим распределение транспортного ресурса между шлюзами:

(1.25)

На основании формулы (1.25), рассчитаем пропускную способность между шлюзами доступами:

Учитывая, что на одном участке информация поступает в прямом и обратном направлениях, ресурс от исходящего шлюза в сторону входящего и наоборот суммируется:

(1.26)

Произведем расчет по формуле (1.26):

Емкостные параметры абонентской базы гибкого коммутатора должны позволять обслуживание всех абонентов различных типов, подключение которых планируется при построении абонентского концентратора.

Параметры интерфейса подключения к пакетной сети определяются исходя из интенсивности обмена сигнальными сообщениями в процессе обслуживания вызовов.

Минимальный полезный транспортный ресурс, в бит/с, которым SX должен подключаться к пакетной сети, для обслуживания вызовов в инфраструктуре абонентского концентратора:



Подставим данные в вышеприведенную формулу и получим результат вычисления:

Распределение транспортных ресурсов для взаимодействия шлюзов приведены вприложенииБ и в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Распределение транспортных ресурсов для взаимодействия шлюзов

Направление информационного обмена	Необходимый ресурс при функционировании без отказов, Мбит/с
RAGW1? RAGW1	2,15
RAGW3? RAGW3	20,32
RAGW4? RAGW4	54,09
RAGW1? RAGW3	25,24
RAGW1? RAGW4	9,97
RAGW3? RAGW4	42,12
TGW 1? RAGW1 / TGW 3? RAGW1	4,0
TGW 1? RAGW3 / TGW 3? RAGW3	6,84
TGW 1? RAGW4 / TGW 3? RAGW4	5,56
TGW 1?SW1	8,24
TGW3?SW3	2,04
SX	0,73
SW1? RAGW1	25,24 + 9,97 + 4,0 + 4,0 = 43,21
SW3? RAGW3	25,24 + 42,12 + 6,84 + 6,84 = 81,04
SW3? RAGW4	9,97 + 42,12 + 5,56 + 5, 56 = 63,21

2. Расчет транспортного ресурса для взаимодействия коммутаторов пакетной сети

Транспортный ресурс коммутаторов пакетной сети зависит от топологии сети, схемы организации связи и принимаемых решений по обеспечению резервирования и надежности.

В соответствии с рисунком в приложенииА для построения пакетной сети используется полносвязная схема с тремя коммутаторами.

Будем считать, что для выполнения требований резервирования транспортные потоки между оборудованием коммутаторов должны обеспечивать требования, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Требования для нормального/принарушения связи функционирования участков сети

Участок сети	Нормальное функционирование	Функционирование при нарушении связи
SW1 - SW2 SW2 - SW3	TGW1-SW1-SW2-SW3-RAGW3 TGW1 -SW1-SW2-SW3-RAGW4	Нарушение SW1 - SW3: RAGW1 -SW1-SW2-SW3-TGW3 RAGW1 -SW1-SW2-SW3-RAGW3 RAGW1 -SW1-SW2-SW3-RAGW4
SW1 - SW3	RAGW1 -SW1-SW2-SW3-TGW3 RAGW1 -SW1-SW2-SW3-RAGW3 RAGW1 -SW1-SW2-SW3-RAGW4	НарушениеSW1 - SW2или SW2 - SW3: TGW1 -SW1-SW2-SW3-RAGW3 TGW1 -SW1-SW2-SW3-RAGW4

В столбце «Нормальное функционирование» определяются два объекта, поток информации между которыми передается через участок при отсутствии нарушений в схеме организации связи.

Рассчитаем транспортный ресурс между коммутаторами пакетной сети SW₁ и SW₃ при отсутствии нарушений в схеме связи. Как видно по таблице 2.1, необходимый транспортный ресурс при нормальном функционировании сети будет равен:

Аналогично рассчитаем между остальными коммутаторами. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2.



Таблица 2.2 - Транспортный ресурс между коммутаторами пакетной сети

Участок сети	Необходимый ресурс при функционировании без отказов, Мбит/с	Необходимый ресурс при функционировании с отказами, Мбит/с
SW1 - SW2 SW2 - SW3	12,4	12,4 + 39,21= 51,61
SW1 - SW3	39,21	39,21 + 12,4= 51,61

3. Расчёт производительности гибкого коммутатора

Гибкий коммутатор (Softswitch) - реализует функции по логике обработки вызова, доступу к серверам приложений, доступу к ИСС, сбору статистической информации, тарификации, сигнальному взаимодействию с сетью ТфОП и внутри пакетной сети, управлению установлением соединения и др. Гибкий коммутатор является основным устройством, реализующим функции уровня управления коммутацией и передачей информации.

Основной задачей гибкого коммутатора при построении транзитного уровня коммутации является обработка сигнальной информации обслуживания вызова и управление установлением соединений. Требования к производительности гибкого коммутатора определяются интенсивностью вызовов, требующих обработки.

Интенсивность поступающих вызовов определяется интенсивностью вызовов, приходящейся на один канал 64 кбит/с (Е0) линии Е1, а также числом Е1, используемых для подключения станции к транспортному шлюзу.



Расчет производительности гибкого коммутатора может быть произведен по следующим формулам:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

где - интенсивность вызовов, - количество каналов в E1.

На основании формул (3.1) - (3.3) произведем расчёты:

Аналогично рассчитаем для RAGW₃и RAGW₄:

Требуемая производительность будет равна сумме полученных значений (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Производительность гибкого коммутатора

Оборудование	Производительность, тыс.выз/чнн
Абонентский концентратор	13,2 + 39,3 + 21,6 =74,1
Транзитный коммутатор	8,155 + 8,155 =16,31
Всего:	90,4



4. Расчет производительности коммутаторов пакетной сети

Число коммутаторов пакетной сети и ее топология определяются исходя из существующей топологии первичной сети, показателей производительности предполагаемого к использованию оборудования, требований по обеспечению надежности и живучести пакетной сети.

В пакетную сеть поступают доля пользовательской информации от шлюзов доступа и информация сигнализации в направлении гибкого коммутатора, производительность которого определяется выражением:

(4.1)

где l - номер шлюза; - доля потока пользовательской информации, замыкающейся на уровне шлюза доступа; - доля потока пользовательской информации, поступающей в пакетную сеть; - общий транспортный ресурс шлюза; - минимальный полезный транспортный ресурс SX, требуемый для обслуживания вызовов в структуре транзитного коммутатора; - средняя длина пакета IP, используемого при передаче информации (как пользовательской, так и сигнальной) внутри пакетной сети.

В соответствии со схемой, представленной в приложенииА, а также правилами и параметрами резервирования, представленными в таблице 2.1, определим информационные потоки, которые должны коммутироваться на каждом из коммутаторов и занесем результаты в таблицу 4.1.



Таблица 4.1 - Требования для нормального/при нарушении связи функционирования участков сети

Коммутатор	Информационный поток
SW1	Нормальноефункционирование: SX - RAGW1, RAGW1 - RAGW3, RAGW1 - RAGW4, RAGW1 - TGW3, TGW1 - RAGW3, TGW1 - RAGW4, RAGW1 - RAGW1
SW2	Нормальное функционирование: SX - RAGW1, TGW1 - RAGW3, TGW1 - RAGW4, Нарушениясвязи: RAGW1 - RAGW3, RAGW1 - RAGW4, RAGW1 - TGW3,
SW3	Нормальное функционирование: SX - RAGW1, RAGW1 - RAGW3, RAGW1 - RAGW4, RAGW1 - TGW3, TGW1 - RAGW3, TGW1 - RAGW4, RAGW3 - RAGW3, RAGW4 - RAGW4

На основании формулы (4.1) и при средней длине пакета IP в 2400 бит определим минимальную производительность коммутаторов, требуемую для обслуживания вызовов для коммутатора SW₁, принимая условие отсутствия собственного коммутатора в используемых шлюзах (M_{m_GW} = 0). Исходные данные для расчета берутся из таблицы 1.3.

5. Определение емкостных параметров подключения

При определении емкостных ресурсов подключения будем исходить из следующих правил:

а) для подключения используется стандартный интерфейс с превышением параметров информационного потока, то есть если информационный поток равен 45 Мбит/с, то используется стандартный интерфейс 100 Мбит/с, а не 5 интерфейсов по 10 Мбит/с;

б) каждый объект с целью резервирования подключается с резервным интерфейсом по схеме резервирования 1:1 (то есть необходим для обслуживания потока 1 интерфейс, то в емкостные параметры закладывается 2 интерфейса).

Таблица 4.13 - Емкостные параметры оборудования

Объект	Интерфейсы
SX	2-10MbitEthernet
RAGW1	2-100MbitEthernet
RAGW3	2-100MbitEthernet
RAGW4	2-100MbitEthernet
TGW1	2-100MbitEthernet
TGW3	2-100MbitEthernet
SW1	к SW2 и SW3 по 2-1GbitEthernet
SW2	к SW1 и SW3 по 2-1GbitEthernet
SW3	к SW1 и SW2 по 2-1GbitEthernet

Результаты расчета позволяют определить схему связи, приведенную в приложении В.

6. Описание применяемого оборудования для организации мультисервисной сети

Транспортный шлюз (TGW)

UMG8900 - универсальныймедиашлюз, позволяющийосуществлять стыковку между сетями ТфОП и IP. Разнообразие поддерживаемых интерфейсов и функций позволяет устройству взаимодействовать с широким спектром оборудования.

UMG8900 гарантирует высокую надёжность сети посредством использования двойного резервирования, обеспечивая также надёжность на уровне устройства с помощью распределённой системы синхронизации, модулированной программной и аппаратной структуре и механизма обработки аварий в реальном времени. 

Основные параметры:

а) Поддерживаемые интерфейсы сети IP:Fast Ethernet,GigabitEthernet;

б) Поддерживаемые протоколы сигнализации сети IP: H.323 H.248/Megaco;

в) Поддерживаемые протоколы сигнализации сети TDM: ОКС№7, V5.2, DSS-1.

Гибкий коммутатор (Softswitsh)

SURPASS hiE 9200 - решение для построения сетей нового поколения

Коммутационная платформа SURPASS HiE 9200 призвана решить проблему перехода к сетям нового поколения для существующей инфраструктуры и представляет собой решение, способное функционировать как в сетях TDM (традиционной телефонии), так и в сетях нового поколения -- NGN.

SURPASS HiE 9200 - это программный коммутатор операторского класса, который позволяет реализовать поверх традиционных решений дополнительный уровень функциональных возможностей.

Основные параметры:

а) Число попыток вызовов в ЧНН: до 16000000 попыток вызовов/ЧНН;

б) Пропускная способность одновременных вызовов: до 90000 одновременных вызовов;

в) Число аналоговых абонентов6 до 1700000 аналоговых абонентов;

г) Поддерживаемые протоколы сигнализации сети IP: H.248/Megaco, SIP-I, SIGTRAN (M2UA,M3UA,IUA);

д) Поддерживаемые протоколы сигнализации сети TDM: ОКС№7, V5.1, V5.2, PRA (ISDN) 

е) Речевые кодеки: G.726, G.723.1, G.711 (A/µ), G.729;

ж) Поддерживаемые интерфейсы сети IP: FastEthernet, GigabitEthernet.



Заключение

Результатом выполнения данной курсовойработы является спроектированная мультисервисная сеть по заданной конфигурации.

При проектировании мультисервисной сети учитывались потребности различных абонентов, топология сети, требуемая полоса пропускания в обе стороны, резервирование в случае обрыва на одном из участков сети с учетом возможных обходных маршрутов. Исходя из полученных расчетов, был сделан выбор оборудования и его комплектации, что наглядно представлено на рисунках и описано в самой расчетно-пояснительной записке.

Во время выполнения курсового проекта были получены и закреплены базовые знания по проектированию мультисервисных сетей. Также было подробнее рассмотрено оборудование для организации таких сетей, его особенности, возможности, взаимодействие. В процессе проектирования были приобретены навыки разработки мультисервисных сетей.



Библиографический список

1 Проектирование сети NGN. Метод.указание. Коваленко О.Н., Бычков Е.Д.

2 Системы телефонной коммутации / А.К. Лебединский, А. А. Павловский, Ю.Б. Юркин Маршрут, 2002. 495 с.

3 http://portal-ngn.ru/?page=detail_user&id=51

4 http://www.sis-group.com/ru/telecommunication/carriers_systems_networks/

switching_equipment/surpasshie9200/

5 http://www.rtkk.ru/cat/cisco_2800/

6 http://www.profi-sp.ru/item_catalog_33910.htm



Приложение 1

Рисунок А.1 - Схема связи мультисервисной сети



Приложение 2

Рисунок 2.1 - Распределение транспортных ресурсов для взаимодействия шлюзов

Размещено на Allbest.ru