Структура сети с пакетной коммутацией на примере района Московской городской телефонной сети

Содержание

Введение

Глава 1. Структура протокола TCP/IP

1.1 Стек TCP/IP

1.2 Технология IP

1.2.1 Этапы развития

1.2.2 Межсетевой протокол IP

1.2.3 IP-пакет

1.2.4 IP-адрес

Постоянный IP адрес

1.2.5 Протокол RTP

1.2.6 Кодеки VoIP

1.2.7 Сценарии IP-телефонии

Глава 2. Взаимодействие систем коммутации каналов и коммутации пакетов

2.1 Взаимодействие аналоговой и цифровой сети

2.2 Взаимодействие сетей коммутации каналов и коммутации пакетов

Глава 3. Характеристика сети с коммутацией пакетов

Глава 4. Услуги перспективной сети

4.1 Услуги, предоставляемые существующей сетью

4.2 Услуги перспективной сети

Глава 5. Расчет объема оборудования

Глава 6. Определение экономической эффективности внедрения проектируемой сети

6.1 Расчет капитальных затрат на установку нового оборудования

6.2 Расчет расходов на производство и реализацию услуг

6.3 Расчет доходов и прибыли от услуг связи за первый год эксплуатации сети

Глава 7. Организация рабочего места инженера-проектировщика

7.1 Общие требования

7.1.1 Требования к рабочему столу

7.1.2 Требования к рабочему стулу (креслу)

7.1.3 Требования к подставке для ног

7.1.4 Требования к дисплею

7.1.5 Требования к клавиатуре

7.2 Требования к производственной среде

7.2.1Требования к освещению

7.2.2 Расчет освещенности

7.2.3 Требования к шуму

7.2.4 Требования к микроклимату

7.2.5 Требования по электробезопасности

8. Заключение

9. Список литературы

Введение

ОАО Московская государственная телефонная сеть (МГТС) установлен статус признанной эксплуатационной организации - оператор местной сети электросвязи общего пользования Российской Федерации, которая является одной из крупнейших местных сетей в мире. По числу абонентов, сложности кабельной сети и объему оборудования МГТС сравнима с национальными сетями таких стран, как Бельгия, Норвегия, Дания. На МГТС установлено более 500 автоматических телефонных станций (АТС). Дальнейшее расширение емкости МГТС путем введения кода "499" в дополнение к существующему коду "495" снимает проблему нехватки номерной емкости.

Начало деятельности Московской городской телефонной сети относится еще к 1882 году, когда была введена в эксплуатацию первая телефонная станция ручного обслуживания ёмкостью всего на 800 номеров. В списке ее телефонных абонентов числилось 26 человек. Это были в основном богатые коммерсанты, промышленники, способные позволить себе такую роскошь. Телефон удовлетворил насущную общественную потребность, сделав возможной связь через большие расстояния без использования промежуточных кодов, громоздких телеграфных аппаратов и посредников-телеграфистов. Общаться по телефону людям стало так же легко, как разговаривать, находясь лицом к лицу.

Московская городская телефонная сеть - одно из старейших предприятий связи в России, технические сооружения которого строились десятилетиями. Поддержание существующей телефонной сети в работоспособном состоянии, постоянный ремонт и обслуживание оборудования - важная область деятельности общества, но это только одна из задач.

В течение последних лет были разработаны устройства, обеспечивающие передачу голоса по сетям, изначально нацеленным на передачу данных - сетям компьютерной телефонии. Основные выгоды, получаемые от таких способов передачи голосовой информации, следующие: во-первых, одну и ту же линию можно использовать и для передачи данных, и для передачи голоса. Пропускная способность линии используется более эффективно, чем при передаче цифровых данных по аналоговым сетям через модем. Цифровые данные передаются непосредственно в цифровом виде как соответствующая принятой кодировке последовательность импульсов, а голосовая информация перед передачей сжимается. Современные алгоритмы сжатия позволяют без потери качества сжимать голосовой поток 64 кбит/с в 10 раз (до 6,3 кбит/с), а с некоторыми издержками до 2,4 кбит/с. Во-вторых, при передаче голоса в виде пакетов возможно динамическое использование пропускной способности имеющихся каналов связи: суммарная емкость канала расходуется только на фактическую передачу информации. При работе с коммутацией каналов временной канал выделяется в течение всего времени соединения, независимо от того, действительно ли передается информация.

Таким образом, перспективным направлением развития телекоммуникационных сетей, в том числе и Московской городской телефонной сети, является эволюционный переход к цифровым сетям и в последующем переход от технологии коммутации каналов к технологии коммутации пакетов. При постоянно усложняющейся сетевой инфраструктуре и быстро растущем наборе услуг такой оператор перспективной телекоммуникационной сети, как ОАО "МГТС" должен располагать набором универсальных решений - совокупностью специализированных шлюзов для взаимодействия сетей и оборудования разного типа.

телефонная сеть коммутация протокол

Глава 1. Структура протокола TCP/IP

1.1 Стек TCP/IP

Стек TCP/IP, называемый также стеком DoD и стеком Internet, является одним из наиболее популярных и перспективных стеков коммуникационных протоколов.

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.

Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Структура протоколов TCP/IP приведена на рисунке 1.1 Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Самый нижний (уровень IV) - уровень межсетевых интерфейсов - соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных каналов это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных каналов - собственные протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, которые устанавливают соединения типа "точка-точка" через последовательные каналы глобальных сетей, и протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN.

Рис.1.1 Стек TCP/IP

Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с использованием различных локальных сетей, территориальных сетей X.25, линий специальной связи и т.п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизатором и шлюзом, системой-источником и системой-приемником, то есть для организации обратной связи. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без установления виртуального соединения, и поэтому требует меньших накладных расходов, чем TCP.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet и ее российской ветви РЕЛКОМ, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Проблема управления разделяется здесь на две задачи. Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия сервера с программой-клиентом, работающей на хосте администратора. Они определяют форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов. Вторая задача связана с контролируемыми данными. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в шлюзах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые хост или шлюз должен сохранять, и допустимые операции над ними.

Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол, FTP предлагает и другие услуги. Так пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов, FTP позволяет пользователю указывать тип и формат запоминаемых данных. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленной ЭВМ.

1.2 Технология IP

1.2.1 Этапы развития

К настоящему моменту IP-телефония прошла три этапа развития протокола сигнализации: докоммерческий этап (1980-1995), компьютерный этап (1995-1999), и начавшийся на рубеже веков информационно-коммуникационный этап, продолжающийся и сегодня.

Докоммерческий этап характеризовался научно-исследовательской деятельностью в разных университетах и исследовательских организациях сообщества Интернет. Первая в истории попытка испробовать IP-телефонию была произведена в 1983 году в Кембридже, Массачусетс. В состав оборудования рабочих станций разных исследовательских проектов была включена так называемая "речевая воронка", выполнявшая функции цифровизации речи, ее пакетирования и передачи через Интернет между офисами BBN (Bolt, Beranek, Newman) на Восточном и Западном побережьях США. Немногочисленные энтузиасты IP-телефонии первого поколения должны были заранее находиться в режиме подключения к системе к моменту вызова, использовать на обоих концах одно самодельное программное обеспечение и тратить во время разговора значительные усилия на регулировку компрессии и попытки компенсации эха. Качество речи портили и длинные паузы, вызванные случайными задержками при прохождении пакетов по Интернет,"рваная" речь, получавшаяся в результате потерь пакетов, эхо из-за близкого расположения динамика компьютера и микрофона. И все же, именно в то время были созданы две рабочие группы IEFT: AVT {Audio/Video Transport) - группа транспортировки аудио/видео, которая создала транспортный протокол реального времени RTP, и MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) - группа управления мультимедийным сеансом, спроектировавшая семейство протоколов для мультимедийной конференцсвязи через Интернет, включая самый удачный протокол IР-телефонии - протокол SIP [10].

Компьютерный этап был начат израильской компанией VocalTec, сумевшей к 1995 году собрать воедино достижения в областях процессоров цифровой обработки сигналов (DSP), кодеков, компьютеров, протоколов маршрутизации и увеличившей свой доход с 46 тысяч долларов во втором квартале 1995 года до 181 миллиона долларов во втором квартале 1996 года (из-за чего, собственно, предшествовавший этому этап развития IP-телефонии и назван докоммерческим). Первоначально продукты VocalTec допускали только соединения PC - PC. Все функции сигнализации и управления реализовались непосредственно в этих PC, а программное обеспечение сеансов связи все еще ориентировалось на нестандартные протоколы разных компаний-производителей. Но уже в июне 1996 года 16-я Исследовательская комиссия Международного союза электросвязи (ITU-T) согласовала версию 1 протокола Н.323, названную стандартом для видеоконференцсвязи с негарантированным качеством обслуживания через локальную вычислительную сеть. Этот первый "зонтичный" стандарт IP-телефонии появился в нужное время и открыл тем самым следующий этап инфокоммуникационных услуг.

Инфокоммуникационный этап IP-телефонии знаменуется тем, что услуга передачи речи через IP-сети, которая первоначально не воспринималась как угроза существующим телекоммуникационным Операторам, оказалась с успехом востребована почти всеми сторонами в отрасли как инновационное средство, реально способное выполнить обещания мультимедийных коммуникаций, которые однажды уже были даны B-ISDN, но не оправдались.

Да и по мере развития первых сетей IP-телефонии стали проявляться недостатки и ограничения Н.323. Весьма важным ограничением стало то, что шлюз Н.323 обрабатывает сигнализацию, выполняет управление обслуживанием вызова и транскодирование транспортных потоков в едином блоке, что создает проблему масштабируемости при росте трафика. Кроме того, Н.323 не обеспечивает также возможности подключения к ОКС7, что препятствует его "бесшовной" интеграции с существующей телефонной сетью общего пользования. Для того чтобы справиться с этими проблемами,

и была разработана концепция декомпозиции шлюза, при которой управление обслуживанием вызова сосредоточено в одном блоке, называемом Softswitch или контроллером транспортного шлюза MGC (Media Gateway Controller), а элементы преобразования транспортных потоков находятся в другом блоке, называемом транспортным шлюзом MG (Media Gateway. Тогда же, в 1998 году, был создан протокол управления шлюзами MGCP (Media Gateway Control Protocol), а после еще двух лет напряженной работы Исследовательской комиссии 16 ITU-T и IETF в июне 2000 появился стандарт управления транспортным шлюзом, названный Н.248 или MEGACO. Сам же мультимедийный трафик переносится по IP-сети, как правило, протоколом RTP.

1.2.2 Межсетевой протокол IP

IP (англ.  <#"564261.files/image002.gif">

Рис.1.4 Структура IP-адреса разных классов

 

Бесклассовая адресация

Со второй половины 90-х <#"564261.files/image003.gif">

Рис.1.5 Уровни протоколов RTP/UDP/IP

На самом деле уровень, к которому относится RTP, не определяется настолько однозначно, как это показано на рис.1.5 и как это обычно описывается в литературе. С одной стороны, протокол действительно работает поверх UDP, реализуется прикладными программами и, по всем признакам, является прикладным протоколом. Но в то же время, как сказано в начале этого параграфа, RTP предоставляет транспортные услуги независимо от мультимедийных приложений и является, с этой точки зрения, просто транспортным протоколом. Наиболее удачное определение: RTP - это транспортный протокол, реализованный на прикладном уровне.

Для передачи речевого (мультимедийного) трафика RTP использует пакеты, структура которых показана на рис.1.6.

Пакет RTP состоит, как минимум, из 12 байтов. В двух первых битах RTP заголовка (поле бита версии, V) указывается версия протокола RTP (в настоящее время это версия 2).

Ясно, что при такой структуре заголовка возможна максимум еще только одна версия RTP. Следующее за ними поле содержит два бита: бит Р, который указывает, были ли добавлены в конце поля с полезной нагрузкой символы-наполнители (они обычно добавляются, если транспортный протокол или алгоритм кодирования требует использования блоков фиксированного размера), и бит X, который указывает, используется ли расширенный заголовок.

Рис.1.6. Заголовок RTP

Если он используется, то первое слово расширенного заголовка содержит общую длину расширения. Далее, четыре бита СС определяют число CSRC-полей в конце RTP-заголовка, т.е. число источников, формирующих поток. Маркерный бит М позволяет отмечать то, что стандарт определяет как существенные события, например, начало видеокадра, начало слова в аудиоканале и т.п. За ним следует поле типа данных РТ (7 битов), где указывается код типа полезной нагрузки, определяющий содержимое поля полезной нагрузки - данные приложения {Application Data), например, несжатое 8-битовое аудио МРЗ и т.п. По этому коду приложение может узнать, что нужно делать, чтобы декодировать данные. Остальная часть заголовка фиксированной длины состоит из поля порядкового номера (Sequence Number), поля метки времени (Time Stamp) для записи момента создания первого слова пакета и поля источника синхронизации SSRC, которое идентифицирует этот источник. В последнем поле можно указывать единственное устройство, имеющее только один сетевой адрес, множественные источники, которые могут представить различные мультимедийные среды (аудио, видео и т.д.), или разные потоки одной и той же среды. Так как источники могут быть на разных устройствах, SSRC-идентификатор выбирается случайным образом, чтобы шанс получать данные сразу от двух источников во время RTP-сеанса был минимальным. Однако определен также и механизм решения конфликтов, если они возникают. За фиксированной частью RTP-заголовка могут следовать еще до 15 отдельных 32-разрядных CSRC-полей, которые идентифицируют источники данных.

RTP поддерживается протоколом управления транспортировкой в реальном времени RTCP {Real-Time Transport Control Protocol), который формирует дополнительные отчеты, содержащие информацию о сеансах связи RTP. Напомним, что ни UDP, ни RTP не занимаются обеспечением качества обслуживания QoS (Quality of Service). Протокол RTCP обеспечивает обратную связь с отправителями, а получателям потоков он предоставляет некоторые возможности повышения QoS, информацию о пакетах (потери, задержки, джиттер) и о пользователе (приложении, потоке). Для управления потоком существуют отчеты двух типов - генерируемые отправителями и генерируемые получателями. Например, информация о доле потерянных пакетов и абсолютном количестве потерь позволяет отправителю при получении отчета обнаруживать, что перегрузка канала может заставить получателей не принимать потоки пакетов, которые они ожидали. В этом случае отправитель имеет возможность понизить скорость кодирования, чтобы уменьшить перегрузку и улучшить прием. Отчет отправителя содержит информацию о том, когда был генерирован последний RTP-пакет (она включает в себя как внутреннюю метку, так и реальное время). Эта информация позволяет получателю координировать и синхронизировать множественные потоки, например, видео и аудио. Если поток направляется нескольким получателям, то организуются потоки RTCP-пакетов от каждого из них. При этом будут предприняты шаги для ограничения ширины полосы - обратно пропорционально скорости, с которой генерируются RTCP-отчеты, и числу получателей.

Следует заметить, что хотя RTCP работает отдельно от RTP, но уже и сама цепочка RTP/UDP/IP приводит к существенным накладным расходам (в виде их заголовков). Кодек G.729 генерирует пакеты размером в 10 байтов (80 битов каждые 10 мс). Один RTP-заголовок, размером в 12 байтов, больше, чем весь этот пакет. К нему, кроме того, должен быть добавлен 8-байтовый UDP-заголовок и 20-байтовый IP-заголовок (в версии IРv4), что создает заголовок, в четыре раза превосходящий по размеру передаваемые данные.

1.2.6 Кодеки VoIP

С момента первого телефонного соединения между Беллом и Ватсоном речевую информацию стали преобразовывать в формат аналогового электрического сигнала. При переходе к цифровым телефонным сетям эти речевые сигналы перед отправкой в сеть начали подвергать дискретизации (формированию дискретных во времени отсчетов амплитуды сигнала), квантованию (определению амплитуды полученного отсчета числом с конечной точностью - дискретизации по амплитуде) и кодированию. Стандартной для традиционной телефонии стала примитивная с сегодняшней точки зрения схема ИКМ-кодирования речевого сигнала, хотя никогда не прекращались поиски более сложных и эффективных алгоритмов, позволяющих снизить требования к полосе пропускания.

Революционным толчком, позволившим прийти к передаче речи средствами IP-телефонии, стало появление процессоров цифровой обработки сигналов DSP (Digital Signal Processor), архитектура которых оптимизирована для выполнения операций, характерных для типичных алгоритмов обработки сигналов, например, умножение с накоплением или выборку операндов с бит-инверсной адресацией для выполнения быстрого преобразования Фурье. Физически DSP выполняются в виде интегральных микросхем, содержащих в одном кристалле ядро процессора, память и периферийные устройства для обмена информацией. Наличие встроенной памяти обеспечивает быстрый доступ ядра к ее содержимому для получения максимальной производительности. Функционально на DSP реализуются кодеки для использования в приложениях VoIP.

Различаются эти кодеки, в частности, по требуемой полосе пропускания канала. Для узкополосных кодеков скорость передачи информации лежит в пределах 1.2-64 Кбит/с, что определяет качество передачи речи. Существует несколько подходов к проблеме определения качества, наиболее популярным из которых является оценка MOS (Mean Opinion Score), которая определяется как среднее значение оценок качества по пятибалльной шкале, данных большой группой слушателей. Экспертам предъявляются для прослушивания разные звуковые фрагменты - речь, музыка, речь на фоне того или иного шума и т.д. Оценки интерпретируют следующим образом: 4-5 - высокое качество, которое аналогично или выше качества передачи речи при разговоре по сети ISDN; 3.5-4 - качество ТфОП (toll quality), обеспечиваемое при большинстве телефонных связей через ТфОП, а мобильные сети обеспечивают качество чуть ниже toll quality; 3-3.5 - качество речи по-прежнему удовлетворительное, однако его ухудшение хорошо заметно на слух; 2.5-3 - речь разборчива, однако для ее понимания требуется концентрация внимания.

Кроме того, еще одной функцией кодеков в шлюзах VoIP является подавление периодов молчания (VAD, CNG, DTX), позволяющее уменьшить объем информации, передаваемой в течение таких периодов, и освободить на это время занимаемую полосу пропускания. В двустороннем разговоре такие меры позволяют сократить объем передаваемой информации до 50%, а в децентрализованных многоадресных конференциях за счет большего числа говорящих - и более. Технология подавления молчания имеет три важных составляющих: детектор речевой активности VAD (Voice Activity Detector) определяет моменты времени, когда пользователь говорит, оценивает энергию входного сигнала и активизирует передачу, если она выше некоторого порога; прерывистая передача DTX (Discontinuous Transmission) вынуждает кодек прекратить передачу пакетов в то время, когда VAD обнаружил период молчания (а возобновляет ее снова VAD), генератор комфортного шума CNG (Comfort Noise Generator), создающий у говорящего ощущение присутствия собеседника на другом конце при отключенной передаче. Совершенные кодеки, например, G.723.1 Annex А или G.729 AnnexВ имеют возможность предоставлять удаленному декодеру информацию для восстановления шума с близкими к исходному параметрами.

Большинство кодеков обрабатывает речевую информацию блоками, называемыми кадрами. Выбор размера кадра (frame) важен, так как минимальная теоретически достижимая задержка передачи информации (т. н. алгоритмическая задержка) определяется суммой этого параметра и длины буфера предварительного анализа.

Как было показано в предыдущем параграфе, к кадру, сгенерированному кодеком, добавляется необходимая дополнительная информация: заголовки IP (20 байтов), UDP (8 байтов) и RTP (12 байтов), поэтому большинство реализаций VoIP использует пересылку нескольких кадров в пакете. Число таких кадров ограничено максимально допустимой задержкой. В большинстве случаев в одном пакете передается до 120 мс речевой информации.

Еще одним фактором работы шлюзов VoIP является чувствительность к потерям кадров, являющимся неотъемлемым атрибутом IP-сетей. Применяются коды с исправлением ошибок, позволяющие снизить количество потерь кадров при данном числе потерянных пакетов. Некоторая избыточная информация распределяется между несколькими пакетами так, что при потерях некоторого числа пакетов кадры могут быть восстановлены. Но положительный эффект при введении избыточности для борьбы с потерями кадров не столь легко достижим, так как потери в IP-сетях происходят пачками, т.е. значительно более вероятно, что будут наблюдаться потери сразу нескольких пакетов подряд, чем потери всего одного из нескольких последовательно передаваемых пакетов. Так что, если применить простые схемы введения избыточности, например, повторяя посылку каждого кадра два раза в соседних пакетах, то это, скорее всего, окажется в реальных условиях бесполезным, приводя лишь к передаче значительного объема избыточной информации. Кроме того, введение избыточности отрицательно сказывается на задержке воспроизведения сигнала. Например, если мы повторяем один и тот же кадр в четырех следующих один за другим пакетах, для того чтобы обеспечить возможность восстановления информации при потере трех подряд идущих пакетов, декодер вынужден поддерживать буфер из четырех пакетов, а это вносит значительную дополнительную задержку. Влияние потерь кадров на качество воспроизводимой речи зависит от используемого кодека. Если потерян кадр, состоящий из N отсчетов кодека G.711, то на приемном конце будет отмечен пропуск звукового фрагмента длительностью N*125 мкс. Если используется более совершенный узкополосный кодек, то потеря кадра может сказываться на воспроизведении нескольких последующих, так как декодеру потребуется время для того, чтобы достичь синхронизации с кодером - потеря кадра длительностью 20 мс может привести к слышимому эффекту длительностью 150 мс и более. Кодеры типа G.723.1 разрабатывались так, что они функционируют без существенного ухудшения качества в условиях некоррелированных потерь до 3% кадров, однако при превышении этого порога качество ухудшается катастрофически.

Отметим, что G.711 - наиболее известный, часто называемый просто ИКМ, цифровой кодек речевых сигналов, поддерживаемый всеми шлюзами VoIP, был стандартизован ITU-T в 1965 году, его типичная оценка MOS составляет 4.3 Рекомендация G.723.1 утверждена ITU-T в ноябре 1995 года. Кодек G.723.1 имеет длительность кадра 30 мс с длительностью предварительного анализа 7.5 мс и два режима работы: 6.3 Кбит/ с (кадр имеет размер 189 битов, выровненных до 24 байтов) и 5.3 Кбит/с (кадр имеет размер 158 битов, выровненных до 20 байтов). G.723.1 обеспечивает оценку MOS 3.7 в режиме 6.3 Кбит/с и 3.9 в режиме 5.3 Кбит/с, имеет детектор речевой активности и обеспечивает генерацию комфортного шума на удаленном конце в период молчания.

ADPCM кодек G.726 (рекомендация принята в 1990 г.) обеспечивает кодирование цифрового потока G.711 со скоростью 40, 32, 24 или 16 Кбит/с, поддерживая оценки MOS на уровне 4.3 (32 Кбит/с), что часто принимается за эталон уровня качества телефонной связи (toll quality). В приложениях VoIP этот кодек практически не используется, так как он не обеспечивает достаточной устойчивости к потере информации.

Кодек G.728 использует оригинальную технологию линейного предсказания с малой задержкой LD-CELP (low delay code excited linear prediction) и обеспечивают оценки MOS, аналогичные G.726 при скорости передачи только 16 Кбит/с.

Кодек G.729 очень популярен в сетях Frame Relay, использует технологию CS-ASELP (Conjugate Structure, Algebraic Code Excited Linear Prediction) и обеспечивает скорость передачи 8 Кбит/с. В рамках спецификаций G.729 определены алгоритмы VAD, CNG и DTX.

Еще одной задачей шлюзов VoIP является передача сигналов многочастотного набора номера DTMF. Узкополосные кодеки, чтобы достичь низких скоростей передачи информации, опираются на тот факт, что сигнал, который они кодируют, представляет собой именно речь, а сигналы DTMF при прохождении через такие кодеки искажаются и не могут быть успешно опознаны соответствующим приемником на удаленном конце. В ряде случаев, а именно, когда пользователь ТфОП вынужден ввести какую-то дополнительную информацию в удаленную систему при уже установленном соединении (например, номер дебитной карты или номер пункта меню автоинформатора), необходимо обеспечить возможность надежной передачи DTMF-сигналов через сеть VoIP. Существуют две процедуры передачи DTMF-информации по сетям VoIP:

· обязательный метод, в соответствии с которым специальное сообщение протокола Н.245 (Userinputindication) может содержать символы цифр и знаки "*" и "#". Используется надежное TCP-соединение, так что информация не может быть потеряна, однако из-за особенностей TCP могут иметь место значительные задержки;

· нестандартный метод, предложенный VoIP форумом, может быть использован в терминалах H.323v2 при использовании процедуры fastStart и отсутствии канала Н.245. В этом случае для передачи DTMF открывается специальный RTP-сеанс, в котором передаются кодированные значения принятых цифр, а также амплитуды и длительности сигналов. Использование RTP позволяет четко привязать сигналы DTMF к реальному времени, что является важным преимуществом этого метода.

1.2.7 Сценарии IP-телефонии

Сети Н.323

Первый в истории подход к построению сетей IP-телефонии на стандартизованной основе предложен Международным союзом электросвязи (ITU) в рекомендации Н.323. Сети на базе протоколов Н.323 ориентировались на интеграцию с телефонными сетями и вначале рассматривались как сети ISDN, наложенные на IP-сети.

В частности, процедура установления соединения в сетях IP-телефонии по Н.323 базировалась на рекомендации Q.931 и аналогична процедуре, используемой в ISDN.

Протокол Н.323 подробно рассматривается в главе 5 книги, а здесь отметим, что рекомендация Н.323 включает в себя довольно сложный набор протоколов, который предназначен не просто для передачи речевой информации по IP-сетям с коммутацией пакетов, а обеспечивает работу мультимедийных приложений в сетях с не гарантированным качеством обслуживания. Речевой трафик - это только одно из приложений Н.323, наряду с видео и данными. Протокол RAS (Registration, Admission, Status), входящий в семейство протоколов Н.323, обеспечивает контроль использования сетевых ресурсов и поддерживает аутентификацию пользователей и начисление платы за услуги. Основными устройствами сети Н.323 являются: терминал (Terminal), шлюз (Gateway), привратник (Gatekeeper) и устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit).

В контексте Softswitch целесообразно заметить, что рекомендациями предусмотрен еще один элемент сети Н.323 - прокси-сервер Н.323. Этот сервер функционирует на прикладном уровне и может проверять пакеты с информацией, которой обмениваются два приложения. Прокси-сервер может определять, с каким приложением (Н.323 или другим) ассоциирован вызов, и производить нужное соединение.

Входящий в состав Н.323 протокол Н.225.0 (Q.931) специфицирует процедуры установления, поддержания и разрушения соединения, а в качестве транспортного протокола использует протокол TCP. По протоколу И.245 происходит обмен между участниками соединения информацией, которая необходима для создания логических каналов. По этим каналам передается речевая информация, упакованная в пакеты RTP/UDP/IP, которые рассмотрены выше и представлены на рис.1.6.

В этом же параграфе была упомянута еще одна важная проблема - качество обслуживания в сетях Н.323. Оконечное устройство, запрашивающее у привратника разрешение на доступ, может, используя поле transportQoS в сообщении ARQ протокола RAS, сообщить о своей способности резервировать сетевые ресурсы. Рекомендация Н.323 определяет протокол резервирования ресурсов (RSVP) как средство обеспечения гарантированного качества обслуживания, что предъявляет к терминалам требование поддержки протокола RSVP. К сожалению, этот протокол используется отнюдь не повсеместно, что оставляет сети Н.323 без основного механизма обеспечения гарантированного качества обслуживания. Это - общая проблема сетей IP-телефонии, характерная не только для сетей Н.323.

Как отмечалось выше, мониторинг качества обслуживания может выполняться протоколом RTCP, однако обмен информацией RTCP происходит только между оконечными устройствами, участвующими в соединении.

SIP-сеть

Более популярный сегодня подход к построению сетей IP-телефонии был предложен рабочей группой IETF с музыкальным названием MMUSIC в документе RFC 2543. В его основу положен протокол SIP (Session Initiation Protocol). Эта архитектура включает в себя также протокол резервирования ресурсов RSVP (Resource Reservation Protocol), рассмотренные выше в этой главе транспортный протокол реального времени RTP (Real-Time Transport Protocol; RFC 1889) и протокол передачи потоков в реальном времени RTSP (Real-Time Streaming Protocol; RFC 2326), протокол описания параметров связи SDP (Session Description Protocol; RFC 2327), а также протокол уведомления о связи SAP (Session Announcement Protocol). Сразу же подчеркнем, что функции протокола SIP не зависят ни от одного из этих протоколов.

Сообщения SIP могут переноситься как протоколом TCP, так и протоколом UDR. Там же протокол SIP поддерживает услуги Интеллектуальной сети, такие как преобразование (мэппинг) имён, переадресация и маршрутизация, что существенно при использовании SIP в Softswitch сети общего пользования, где приоритетной задачей Оператора является предоставление широкого спектра телефонных услуг. Другой важной особенностью протокола SIP является поддержка мобильности пользователя, т.е. его способности получать доступ к заказанным услугам в любом месте и с любого терминала, а также способности сети идентифицировать и аутен-тифицировать пользователя при его перемещении из одного места в другое.

Сеть SIP содержит основные элементы трех видов: агенты пользователя, прокси-серверы и серверы переадресации. Агенты пользователя (User Agent или SIP client) являются приложениями терминального оборудования и включают в себя две составляющие: агент пользователя - клиент UAC (User Agent Client) и агент пользователя - сервер UAS (User Agent Server). Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и передает обратно ответы, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны. Кроме того, существует два типа сетевых серверов SIP: прокси-серверы (серверы-посредники) и серверы переадресации.

Глава 2. Взаимодействие систем коммутации каналов и коммутации пакетов

Определенно первым этапом реконструкции сети должен быть заменой электромеханических АТС на цифровые по технологии с коммутацией каналов (КК). В последние годы ОАО МГТС вкладывает большие инвестиции в реконструкцию существующей аналоговой сети, заменяя электромеханические АТС на цифровые, и по утвержденной программе развития и реконструкции сети предусмотрена ежегодная замена электромеханических АТС на цифровые в объеме 400-500 тыс. номеров. На рис.2.1 приведена динамика развития и реконструкции сети ОАО МГТС. При этом в самый разгар работ по реконструкции в телекоммуникационной отрасли происходит принципиальная смена поколений технологий. На смену системам КК приходит технология коммутации пакетов (КП).

Рис.2.1 Динамика развития сети 1995 - 2012 г.

Вначале традиционные операторы телефонных сетей достаточно осторожно отнеслись к пакетной технологии для передачи речевых сообщений, так как еще не были в полной мере отработаны стандарты, особенно, в части качества обслуживания QoS. Поэтому технологию КП для передачи речевых сообщений широко использовали новые операторы на сетях небольшой емкости, прежде всего корпоративных, локальных, ведомственных. Однако, в течение последних двух-трех лет наблюдается стремительное вторжение пакетных решений в традиционные сети. Сейчас многие традиционные операторы предлагают новые услуги пакетной технологии.

Использование пакетных технологий будет положительно влиять на развитие ОАО МГТС для предоставления широкого спектра новых услуг пользователям.

При этом первые опыты уже были получены при создании широкополосной сети передачи данных общего пользования (СПД ОП), которая охватывала всю территорию города. Ёмкость сети СПД ОП в 2010 году превысила 240,0 тыс. номеров. Практически услугу СПД ОП может получить каждый абонент МГТС.

На Рис.2.2 показана перспективная структурная схема сети ОАО МГТС, которая включает:

·        транзитную сеть, образованную транзитными узлами ТУЭ, установленными на волоконно-оптических кольцах SDH верхнего уровня (SDH-BУ) и кольцах XDM;

·        цифровую сеть, образованную ОПТСЭ, установленными на волоконно-оптических кольцах XDM и кольцах SDH нижнего уровня (SDH-HУ);

·        сеть передачи данных общего пользования, использующую волоконно-оптические кольца BУ и HУ и сеть доступа ОАО МГТС.

Характерными особенностями перспективной сети ОАО МГТС являются:

·        Использование единой магистральной транспортной среды, построенной на принципах пакетной коммутации и обеспечивающей передачу всех видов трафика (речь, данные, видео и др.).

Рис.2.2 Структурная схема перспективной сети ОАО "МГТС"

Характерными особенностями перспективной сети ОАО "МГТС" являются:

·        Использование единой магистральной транспортной среды, построенной на принципах пакетной коммутации и обеспечивающей передачу всех видов трафика (речь, данные, видео и др.).

·        Модернизация разветвлённой распределительной сети абонентского доступа, построенной на кабелях с медными жилами на основе использования перспективных методов цифрового уплотнения (xDSL).

·        Развитие в зонах высокой плотности абонентов технологий абонентского доступа на основе использования волоконно-оптических линий связи по технологии Metro Ethernet.

·        Применение нетрадиционных для фиксированных операторов технологий беспроводного доступа типа Wi-Fi, Wi-Max и т.п. в помещениях коммерческих структур.

·        Максимально возможная интеграция (унификация) применяемых технологических решений с сетями других операторов города с целью обеспечения возможности предоставления абонентам комплексных услуг, использующих все существующие технологии.

Структурная схема включает достаточно сложное телекоммуникационное оборудование, особенно в части взаимодействия с сетями других операторов, сетями доступа. При этом на сети длительное время будут использоваться разные технологии: коммутации каналов, коммутации пакетов, цифровой и аналоговый доступ, разного рода технологии беспроводного доступа.

Пришедшие в конце 80-х г. г. на смену плезиохронным системам передачи (TDM) системы синхронно-цифровой иерархии передачи (СЦИ, в английской терминологии SDH) оказали решающее влияние на структуру построения сети МГТС. Если раньше сеть строилась по радиально-узловому принципу, то при использовании СЦИ сети строятся в виде волоконно-оптических колец, на которых в пунктах концентрации трафика устанавливаются мощные транзитные коммутационные центры, а вдоль колец - мультиплексоры и кроссовое оборудование для выделения по мере необходимости цифровых потоков различной мощности. В последние годы на МГТС активно внедряются кросс-коннекторы для выделения потоков.

В результате тщательного анализа построения синхронно-иерархических структур для МГТС была выбрана двухуровневая кольцевая транспортная волоконно-оптическая сеть. Верхний уровень образуют 11 волоконно-оптических колец, на которых установлены мощные высокоскоростные мультиплексоры типа SDM-16. На верхнем уровне устанавливаются также 10 мощных коммутационных транзитных узлов ТУЭ. Каждый транзитный узел обслуживает трафик примерно от 450000-550000 абонентов. Нижний уровень волоконно-оптической сети образуют 43 кольца, на которых также установлены мультиплексоры SDM-16. В перспективе количество волоконно-оптических колец на уровнях сети может измениться в зависимости от роста и распределения трафика.

Согласно определению Рек. G.707 SDH (СЦИ) - это иерархический набор цифровых структур, предназначенных для транспортировки информационной нагрузки по физическим сетям. Принципами синхронной цифровой иерархии СЦИ предусматривается создание на сети связи универсальной транспортной системы (ТС СЦИ), органически объединяющей сетевые ресурсы, которые выполняют функции передачи информации, контроля и управления (оперативного переключения, резервирования). ТС является базой для всех существующих и планируемых служб, интеллектуальных, персональных и других сетей.

Информационной нагрузкой ТС СЦИ могут быть сигналы любой из существующих плезиохронных цифровых иерархий, потоки ячеек ATM или иные цифровые сигналы.

Универсальные возможности транспортирования разнородных сигналов достигаются в СЦИ благодаря использованию принципа контейнерных перевозок. В ТС СЦИ перемещаются не сами сигналы нагрузки, а новые цифровые структуры - виртуальные контейнеры, в которых размещаются сигналы нагрузки. Сетевые операции с контейнерами выполняются независимо от их содержания. После доставки на место и выгрузки из контейнеров сигналы нагрузки обретают исходную форму. Поэтому ТС ЦСИ является прозрачной и может использоваться для развития любых действующих сетей.

ТС СЦИ содержит информационную сеть и систему контроля и управления, то есть систему обслуживания.

Архитектура информационной сети установлена в Рекомендации МСЭ G.803. Информационная сеть СЦИ построена по функциональным слоям, связанным отношениями клиент/услуга. Клиентом для верхнего слоя сети является потребитель. Верхний слой, в свою очередь, выступает в роли клиента для следующего. Все слои выполняют определенные функции и имеют стандартизированные точки доступа. Каждый слой оснащен собственными средствами контроля и управления, что минимизирует операции при авариях и снижает влияние аварии на другие слои. Функции каждого слоя не зависят от способа физической реализации нижнего обслуживающего слоя. Каждый слой может создаваться и развиваться независимо. Указанное послойное построение облегчает создание и эксплуатацию сети и позволяет достичь наиболее высоких технико-экономических показателей.

Сеть СЦИ содержит три независимых слоя: каналов, трактов и среды передачи, которые разделяются на более специализированные.

Сети слоя каналов соединяют различные комплекты оконечной аппаратуры СЦИ и терминалы потребителей. Слой каналов поддерживает такие службы, как служба аренды каналов, служба пакетной коммутации каналов и другие.

Ниже лежит слой трактов. Он делится на два слоя: трактов нижнего и верхнего рангов. Сети трактов полностью независимы от физической среды и могут иметь собственную топологию. В слое трактов осуществляется программный и дистанционный контроль и управление соединениями. Все тракты оканчиваются в аппаратуре оперативного переключения (АОП), входящей в мультиплексоры СЦИ, с помощью которой тракты резервируются, вводятся и ответвляются. Возможно создание и обслуживание кольцевых, разветвленных и других эффективных сетевых конфигураций.

Слой среды передачи делится на слой секций и слой физической среды. Секции выполняют все функции, которые обеспечивают передачу информации между двумя узлами слоя трактов. В качестве физической среды используются волоконно-оптические (ВО) или радио линии. В слое секций СЦИ имеются два слоя: слой мультиплексных секций (MS) и слой регенерационных секций (RS). MS обеспечивает от начала до конца передачу информации между пунктами, где оканчиваются либо переключаются тракты, а RS-передачу информации между регенераторами или между регенераторами и пунктами окончания или коммутации трактов. В слое секций также возможно резервирование.

Регенерационные секции полностью зависят от среды передачи. Мультиплексные секции могут зависеть от среды передачи (радио) и иметь ограничения топологии (точка-точка). Сеть СЦИ в каждом своем слое может быть разделена на подсети (рациональные, региональные, местные).

Создание сетевых конфигураций, контроль и управление отдельными станциями и всей информационной сетью осуществляется программно и дистанционно с помощью системы обслуживания СЦИ. Эта система является подсистемой общесетевой системы обслуживания Telecommunication Management Network (TMN) и использует общие принципы последней, которые изложены в Рек. М.20 и М.3010, а для СЦИ конкретизированы в Рек. G.774 и G.784. Система решает задачи обслуживания современных сетей связи: оптимизирует эксплуатацию аппаратуры разных фирм в зоне одного оператора и обеспечивает автоматическое взаимодействие зон разных операторов. Система обслуживания делится на подсистемы, обслуживающие отдельные участки информационной сети СЦИ. Доступ к каждой СЦИ - подсистемы осуществляется через главный в этой подсистеме (шлюзовой) узел или станцию СЦИ. Физической основой системы являются входящие в аппаратуру СЦИ микропроцессоры, Q-интерфейсы обслуживания, встроенные в циклы служебные каналы и программное обеспечение. Протоколы связи по встроенным служебным каналам установлены в Рек. G.784, а для Q-интерфейсов - в Рек. G.773, Q.811 и Q.812. Все операции по обслуживанию сети и каждого узла (станции) СЦИ могут выполняться как из центра, так и из других пунктов, которым такое право предоставлено.

Принципы ТС СЦИ реализуются на аппаратном уровне с помощью информационных цифровых структур, образуемых в сетевых слоях секций и трактов. Рассмотрим эти информационные структуры.

В слое секций используются самые крупные структуры СЦИ - синхронные транспортные модули STM-N, представляющие собой форматы линейных сигналов. Они же используются на интерфейсах сетевых узлов и регламентированы в Рек. G.708. Число N означает уровень СЦИ.

В настоящее время СЦИ содержит три синхронных уровня, скорости передачи которых (155520-2488320 Кбит/с) жестко связаны отношением 1: 4: 16. Последние числа совпадают с номерами N уровней СЦИ. Скорость N-гo уровня в N раз выше скорости первого. Планируется введение уровня N=64 со скоростью передачи 64 х 155520=9953280 Кбит/с.

На рисунке 2.3 показан цикл STM-1. Он имеет период повторения 125 мкс. Для удобства обозрения этот цикл изображается в виде прямоугольной таблицы из 9 рядов и 270 столбцов (.9 x 270 = 2430 элементов). Каждый элемент изображает 1 байт (8 бит) и соответствует скорости передачи 64 Кбит/с, а вся таблица - скорости передачи 1-го уровня СЦИ: 64 x 2430 = 155520 Кбит/с.

Первые 9 столбцов цикла STM-1 занимают служебные сигналы: секционный заголовок (SOH) и AU - указатель позиции первого байта цикла нагрузки. Остальные 261 столбец - нагрузка. SOH несет сигналы системы обслуживания СЦИ в сетевых слоях секций и делится на заголовки регенерационной и мультиплексной секций (RSOH и MSOH).

Рис.2.3 Структура синхронного транспортного модуля уровня STM-1.

действует в пределах регенерационной секции, a MSOH проходит регенераторы прозрачно и действует в пределах всей мультиплексной секции от формирования до расформирования STM-1.

Кроме информационной нагрузки STM-1 несет служебную (избыточную) нагрузку (ОН - Over Head), обеспечивающую выполнение функций контроля, эксплуатации и технического обслуживания, а также других служебных функций. Служебная нагрузка слоя секций называется секционной служебной нагрузкой (Section ОН). Слой секций делится на слой регенераторных секций и слой мультиплексных секций. В связи с этим SOH делится на служебную нагрузку регенераторной секции (RSOH) и служебную нагрузку мультиплексной секции (MSOH). Служебные байты J1,., Z5 используются для подсчета входящих ошибок и других технологических функций или операций. RSOH передается между регенераторами, a MSOH - между пунктами, в которых формируются и расформировываются STM-1.

Административный блок (AU - Administrative Unit) содержит информационную нагрузку в виде виртуального контейнера и указатель административной нагрузки (AU Pointer). При использовании STM-1 для транспортирования ячеек поток ячеек ATM размещается в контейнере 4-го порядка (С - Container).

Таким образом, в STM-1 для переноса ячеек выделяется пропускная способность, равная 149,760 Мбит/с (по рекомендации ITU-T). В Рекомендации ITU-T G.708 приведен построения STM-4 из четырех синхронных транспортных модулей STM-1.

На интерфейсе "пользователь - сеть" рекомендован еще один тип интерфейса ITU-T со скоростью 155,520 Мбит/с и 622,080 Мбит/с, представляющий собой непрерывный поток ячеек, каждая из которых содержит 53 октета. В Рекомендации ITU-T G.804 определен порядок размещения ячеек ATM в кадрах плезиохронной цифровой иерархии.

Для организации соединений в сетевых слоях трактов используются виртуальные контейнеры VC-n, определенные в Рек. G708, G.709.

Виртуальный контейнер - это блочная циклическая структура с периодом повторения 125 или 500 мкс (в зависимости от вида тракта). Каждый VC-n состоит из поля нагрузки (контейнер С-n) и трактового заголовка (РОН), несущего сигналы обслуживания данного тракта: VC-n = C-n + POH. Заголовок создается и ликвидируется в пунктах, в которых формируется и расформировывается VC-n, проходя транзитом секции. Информация, определяющая начало цикла VC-n, обеспечивается обслуживающим сетевым слоем.

На магистральной сети можно выделить:

основную часть, образованную главными линиями передачи и сетевыми узлами, в которых производится обмен нагрузкой между главными линиями;

сети доступа (раздаточные), с менее мощными линиями, соединяющими узлы и станции, в которые включаются потребители. В ряде случаев такое разделение - только функциональное (физически обе части сети могут использовать общие сооружения и аппаратуру), однако оно помогает выявить характерные тенденции. В основной части сети нужны линии передачи на десятки тысяч каналов тональной частоты или основной цифровой канал (ОЦК). Наиболее уместны здесь линейные тракты STM-4 и STM-16. С учетом возможностей многопарных кабелей и методов спектрального разделения сигналов такие тракты обеспечивают и перспективные потребности.

Главным объектом сетевых операций на основной части магистральной сети СЦИ являются виртуальные контейнеры VC-4 с предельной полезной нагрузкой около 150 Мбит/с (до 1920 ОЦК или каналов ТЧ). Тракты STM-4 (STM-16) несут четыре (шестнадцать) VC-4. В сетевых узлах VC-4 переключаются между STM-N с помощью аппаратуры оперативного переключения АОП (автономной, либо входящей в состав синхронных мультиплексоров СМ). Это оборудование имеет порты 140 и 155 Мбит/с и может выполнять также роль шлюзов между сетями СЦИ и ПЦИ. Эти операции управляются системой обслуживания СЦИ.

Для повышения надежности в основной части магистральной сети СЦИ целесообразно использовать кольцевые схемы, что позволяет ввести резервирование по разным направлениям передачи кольца, сохраняя связность сети при авариях на линии. В этих схемах применяются СМ в конфигурации мультиплексора ввода - вывода (MBB-N, где N - уровень СЦИ). MBB-N имеет два порта STM-N, порты нагрузки и встроенную АОП, переключающую цифровые потоки между ними, что позволяет ввести, вывести и проключить транзитом любой VC-4.

Таким образом, основная часть магистральной сети реализуется средствами СЦИ, как сеть обмена виртуальными контейнерами VC-4. Именно так строятся сейчас магистральные сети европейских стран. На отдельных направлениях сети могут использоваться и тракты ПЦИ 140 и 155 Мбит/с (например, они могут быть сохранены на соседних волокнах кабелей, до уплотняемых аппаратурой СЦИ). Некоторые функции обслуживания этих трактов могут выполняться с помощью каналов заголовков STM-N, специально предназначенных для объектов, не входящих в сеть СЦИ.

Система синхронизации первичной сети SDH

Система тактовой сетевой синхронизации (ТСС) определяет способ распределения фазовых соотношений между сигналами всех элементов синхронной цифровой сети. При этом синхронной цифровой сетью называется сеть, в которой все задающие генераторы поддерживают при нормальных условиях одну и ту же частоту в течение продолжительного времени. Организация синхронизации сетей SDH является частью общего вопроса синхронизации цифровых сетей связи.

Предусматривается четыре режима работы блоков синхронизации узлов SDH: режим первичного эталонного генератора (для мастер-узла); режим принудительной синхронизации - режим ведомого задающего генератора; режим удержания (holdover mode); свободный режим (free-run mode). В случае отказа основного источника синхронизации генератор сетевого элемента автоматически переходит в режим с более низким приоритетом. Для синхронизации сетевого элемента SDH можно использовать несколько источников: входящий линейный сигнал STM-N (Т1) - сигнал 2048 кГц; специальный синхросигнал 2048 кГц от внешнего сетевого генератора; внутренний генератор сетевого элемента; входящий сигнал PDH 2048 кбит/с.

Синхронизация характеризуется: джиттером (кратковременные изменения значащих моментов цифрового сигнала относительно их эталонного положения во времени); вандером (характеризует соответствующие долговременные изменения). Некачественная синхронизация приводит к повторениям или изъятиям информации из-за несоответствия скоростей считывания и записи в буфере. Для определения уровня качества источника синхронизации МСЭ-Т используется понятие "уровень качества хронирующего источника", который кодируется в виде сообщения о статусе синхронизации. Маркер SSM в соответствии с рекомендацией G.783 и G.709 последовательно передаётся по всей цепочке синхронизации в битах 5 - 8 байта Z1 секционного заголовка SOH или заголовке цикла сигнала 2048 кбит/с и несёт информацию об уровне качества источника, находящегося в начале этой цепочки. Предполагается, что качество источника сигнала синхронизации без маркера SSM соответствует требованиям рекомендации G.811. При более низком качестве источника происходит автоматическое отключение выходного сигнала ТЧ. Использование сообщений о качестве синхронизации позволяет повысить надёжность функционирования сетей синхронизации.

При организации кольцевой сети SDH организуются основной и резервный пути передачи информации, им соответствуют основное и резервное направления передачи синхросигнала. В рассмотренном на рисунке 2.4 случае использован иерархический метод принудительной синхронизации с образованием цепочек "ведущий-ведомый". Являясь ведущим узлом, NE1 получает синхросигнал от первичного эталонного генератора и передаёт его в основном направлении (против часовой стрелки) к узлам NE2, NE3 и NE4 и в резервном - к узлам NE4, NE3 и NE2. Имея более низкий приоритет, второе направление при нормальном режиме работы сети не используется.

В случае возникновения аварийной ситуации на каком-либо направлении, например, при обрыве кабеля между узлами NE2 и NE3, NE3, не получив синхросигнала от NE2, переходит в режим удержания, о чём информирует следующий в основной цепочке узел NE4. Получив данное сообщение (маркер SSM=1011), NE4 анализирует значение маркера с резервного направления (SSM=0010) и, исходя из заданной таблицы приоритетов, выбирает для синхронизации сигнал от сетевого элемента NE1. Последним в этой цепочке переключается узел NE3.

В основу реконструкции МГТС и присоединенных к ней операторов положен принцип построения интегрированной цифровой коммутируемой сети, состоящей из десяти мощных транзитных коммутационных узлов, соединенных по принципу "каждый с каждым" при помощи волоконно-оптических линий связи, и устанавливаемой на них аппаратуры мультиплексирования типа STM-16.

Рис.2.4 Схема синхронизации кольцевой сети SDH

Транзитные узлы размещены в технологических помещениях ряда действующих АТС. Согласно оценочным расчетам, проведенным ОАО МГТС совместно с ГИПРОСВЯЗЬю, для организации связи между транзитными узлами используются мультиплексоры STM-16. Они образуют 11 колец SDH, каждое из которых способно обеспечить 1008 потоков 2 Мбит/с. Каждое из колец будет загружено на 70 - 80% своей мощности. Это обеспечит резерв для дальнейшего развития. Весь комплекс технических средств, включающий в себя транзитные узлы, оптические мультиплексоры STM-16 и волоконно-оптический кабель, составляет сеть верхнего уровня.

Сеть нижнего уровня, которая состоит из 43 колец SDH также на базе оборудования STM-16 и частично STM-4. Кольца нижнего уровня составляют цифровую сеть, в них включаются ОПТСЭ концентраторы и оконечные цифровые АТС.

Управление транспортной сетью и ее эксплуатация должны осуществляться одним оператором ОАО МГТС с главного центра управления при оснащении сети оборудованием SDH двух изготовителей. В перспективе для повышения живучести сети предусматривается организация резервного центра управления.

2.1 Взаимодействие аналоговой и цифровой сети

Как уже упоминалось ранее, на телефонной сети ОАО "МГТС" построена транзитная цифровая сеть, состоящая из 10 транзитных узлов (ТУЭ), которые предназначены также и для взаимодействия аналоговой и цифровой сетей.

Рассмотрим основные принципы цифровой коммутации, на которых строятся цифровые АТС, концентраторы, мультиплексоры, шлюзы, конвертеры и другие устройства, обеспечивающие соединение и перенос информации в цифровом виде. К этому перечню следует добавить источники передачи информации, к которым наряду с рассмотренными ранее обычными телефонами относятся устройства передачи данных, компьютеры, факсы, видеокамеры, сканеры и т.п. В качестве приемников информации, в дополнение к упомянутым, могут выступать, например, видеомониторы или принтеры.

Эпоху цифровой реализации телекоммуникационной сети предопределило наличие двух недорогих, но чрезвычайно важных устройств: кодеков, преобразующих аналоговые сигналы в цифровые, и модемов, преобразующих цифровые сигналы в аналоговые при передаче данных по аналоговым телефонным сетям (рис.2.5). Именно они, наряду с цифровизацией многоканальной электросвязи - систем передачи с ИКМ, обусловили появление цифровых систем коммутации.

Суть цифровизации заключается в том, что исходный аналоговый электрический сигнал может быть воспроизведен из соответствующей последовательности дискретных значений его амплитуды (отсчетов). Число отсчетов в секунду называется частотой дискретизации и зависит от самого высокочастотного компонента, присутствующего в аналоговом сигнале.

Рис.2.5 Устройства преобразования сигналов.

Известная теорема Котельникова гласит, что аналоговый сигнал можно правильно восстановить, если частота дискретизации вдвое превышает частоту сигнала. Именно на ней и на теореме Найквиста, доказанной Гарри Найквистом в 1928 году и устанавливающей тот факт, что, если частота выборки f_s превышает не менее чем вдвое самую высокочастотную составляющую аналогового сигнала f_а, то первоначальный аналоговый сигнал полностью описывается только с помощью моментальных выборок, основывается импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Эта минимальная частота выборки иногда называется частотой Найквиста. В результате квантования и кодирования квантованных амплитуд аналоговый сигнал превращается в последовательность n-битовых слов, т.е. становится цифровым. Все это вместе и есть импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

Очевидно, что чем больше уровней квантования, тем лучшую характеристику будет иметь восстановленный сигнал. Например, для речевых сигналов ИКМ достаточно иметь 256 уровней (8-битовые двоичные слова). Чем лучшее качество нам требуется, тем в большем количестве уровней квантования мы нуждаемся, и тем более длинными должны быть кодовые слова, что, естественно, приводит к необходимости передавать биты с более высокой скоростью. Скорость передачи битов должна быть настолько высока, чтобы цифровое слово, несущее предыдущее дискретное значение амплитуды сигнала, оказалось переданным до того, как появится следующее слово, готовое к передаче. Поэтому для каждой системы приходится искать определенный компромисс между качеством и скоростью передачи информации.

Аналоговый речевой сигнал в телефонии занимает диапазон частот шириной до 4000 Гц и требует производить отсчеты амплитуды 8000 раз в секунду, т.е. частота дискретизации составляет 8 кГц. При квантовании отсчетов используется 256 стандартных амплитуд, которые потом кодируются 8-разрядными двоичными словами. Затем эти слова передаются в соответствующих временных интервалах, а на приемной стороне выполняется обратный процесс приближенного восстановления исходного аналогового речевого сигнала. Частота отсчетов 8 кГц и 8-битовая схема кодирования (все это выбиралось в результате длительных дебатов в ITU-T) дают очень хорошее качество речи, правда, за счет довольно высоких требований к скорости передачи битов. Меньшая частота отсчетов и/или меньшая разрядность кодирования (7-битовая схема кодирования, например) дают менее гладкий и менее точно восстановленный речевой сигнал.

Итак, результат каждого отсчета представляется одним байтом. Имеем: 8000 байтов в секунду и 8 битов в каждом байте. Скорость потока данных, передающего человеческую речь, составляет:

Гц х2

отсчетов в секунду

х8 битов на отсчет

Кбит/с

Поскольку ИКМ была первой стандартной технологией, получившей широкое применение в цифровых системах передачи, пропускная способность канала, равная 64 Кбит/с, стала всемирным стандартом для цифровых сетей всех видов. Все сегодняшние цифровые линии имеют пропускную способность, либо равную 64 Кбит/с, либо кратную этой величине. Например, пропускная способность цифрового тракта Е1 составляет 2.048 Мбит/с, что эквивалентно 32 каналам по 64 Кбит/с каждый (отметим сразу, что для передачи информации пользователей обычно используются 30 каналов, а остальные два служат для синхронизации, контроля и сигнализации). Технология ИКМ, базирующаяся на математических результатах Найквиста и Котельникова, представляет собой сегодня наиболее общий метод преобразования аналоговых речевых сигналов в цифровую форму.

 

2.2 Взаимодействие сетей коммутации каналов и коммутации пакетов

Еще до недавнего времени основным трафиком, передаваемым по сетям связи ОАО "МГТС", был голосовой, но теперь с развитием компьютерных технологий и ростом пользовательского интереса к Интернет все большую долю в передаваемом трафике занимает передача данных. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция увеличения доли телефонной нагрузки, передаваемой по сетям с коммутацией пакетов.

По прогнозам и оценкам зарубежных и отечественных экспертов доля трафика, передаваемого по сетям с коммутацией пакетов, неуклонно возрастает, в то время, как трафик, передаваемый по сетям с коммутацией каналов, приобретает линейную зависимость. Принимая во внимание все вышесказанное, на сети ОАО "МГТС" переход осуществляется переход к новым технологиям с созданием транзитной пакетной внутризоновой сети. Эта сеть сможет пропускать весь трафик от пользователей ОАО "МГТС", а также от присоединенных операторских сетей. Открывается возможность расширения спектра предоставляемых услуг, пропуска избыточного трафика от сети с коммутацией каналов и организации резервных маршрутов.

Тем не мене понятно, что в результате на сети ОАО "МГТС" одновременно со старыми сетевыми элементами будут функционировать новые элементы и обе технологии будут еще долго существовать на сети МГТС параллельно, в связи с чем необходимо обеспечить их взаимодействие. При взаимодействии они составят единую зоновую сеть г. Москвы. После создания транзитной сети с коммутацией пакетов можно отказаться от расширения существующей транзитной сети с коммутацией каналов и направить инвестиции в новую сеть.

Несмотря на то, что любая коммуникационная ступень Московской городской телефонной сети может использовать различную технику для обработки потока данных, и каждая стадия процесса передачи и распределения может осуществляться в своем стандарте, способы построения конвергентных сетей достаточно сильно канонизированы. Единственно важное требование при проектировании подобных систем - необходимость приведения потоков информации к единому формату на границе раздела функциональных составляющих сетей или при объединении потоков.

Данные задачи взаимодействия систем коммутации каналов и коммутации пакетов выполняются шлюзами, которые бывают трех типов: Signaling Gateways, Media Gateways и Media Gateways Controllers.Gateways (или сигнальные шлюзы) транслируют протоколы сигнализации между различными сетями. Кроме того, шлюз данного типа может быть настроен на обмен сообщений с удаленных устройств IP-сети с телефонной сетью для установки вызовов.

В дальнейшем преобразованные сигнальным шлюзом потоки могут обрабатываться на Media Gateways Controllers, обеспечивая, таким образом, координацию между шлюзами в соответствии с сигнальной информацией. Кроме того, Media Gateways Controllers выполняют важнейшую функцию обработки сигнальной информации между сетями с пакетными данными и сетями с коммутируемыми каналами.

Если говорить об исполнении Media Gateways Controllers, то он представляет собой обычный компьютер серверного типа, на котором функционирует ряд обслуживающих сеть программ. Одной из таких программ и является приложение Media Gateways Controllers, которое может кроме вышеперечисленных функций осуществлять еще и управление вызовами, их маршрутизацией, аутентификацией пользователей, а также разрывом связи с ними и сигнализации об этом другим сетевым службам.

Еще одна важная способность шлюзов Media Gateways Controllers - возможность организации работы сетей с различными сигнальными интерфейсами. Обычно Media Gateways Controllers работают напрямую с инородными сигнальными системами, но в ряде случаев могут также получать сигнал с Signaling Gateways и передавать их на Media Gateways, для дальнейшей обработки. Шлюзы Media Gateways наиболее распространены, так как обеспечивают взаимодействие между IP-сетью и сетевыми сервисами, базирующимися на ней (например, сервисами телефонных сетей общего пользования). Кроме того, Media Gateways осуществляют взаимодействие между гетерогенными участками сети, и окончательно преобразуют медиа-данные (голос, потоковое видео) в пакетно-представленные потоки. В общем случае Media Gateways может служить мультисетевым терминатором, модулятором/демодулятором голоса в различные форматы, подавителем эха или детерминатором/генератором тональной частоты.

В мире, начиная с середины 2002 года, отмечается рост интереса к новой технологии, получившей название Softswitch. Данная технология рассматривается как средство конвергенции телефонных сетей и сетей передачи данных.

Оборудование Softswitch характеризуется большим разнообразием вариантов применения. Можно выделить некоторые варианты применения Softswitch:

на сетях высокоскоростного абонентского доступа;

для построения распределенных оконечных станций коммутации;

для пропуска транзитной нагрузки;

для предоставления дополнительных услуг.

Однако следует отметить, что оборудование Softswitch представляет собой распределенную структуру, состоящую из элементов, каждый из которых выполняет свою функцию и связывается с другими элементами через открытые протоколы. Протоколы Softswitch называются открытыми, поскольку они предназначены для обеспечения возможности интеграции элементов различных производителей в единую систему.

Рассмотрим пример применения оборудования Softswitch на Московской городской телефонной сети для взаимодействия систем коммутации каналов и коммутации пакетов. Транзитная пакетная внутризоновая сеть г. Москвы представляет из себя транспортную магистраль, использующую пакетную технологию, к которой подключается оборудование Softswitch. В состав оборудования Softswitch входят:

MG - шлюз реализует функции преобразования голосовой информации в пакеты, взаимодействует с телефонным оборудованием сети с коммутацией каналов,

· MGC - контроллер управления шлюзами реализует функции управления устройствами, входящими в оборудование Softswitch;

· SG - шлюз сигнализации реализует функции передачи сигнальных сообщений ОКС7 по пакетной сети;

· AS - сервер приложений, обеспечивающий создание дополнительных услуг;

· PG - шлюз, выполняющий функции подключения серверов приложений;

· AG-шлюз доступа является разновидностью MG, предназначен для непосредственного подключения абонентов по аналоговым линиям.

Для выполнения требований по устойчивости и надежности сети каждый MGC должен быть зарезервирован. Для упрощения согласования открытых протоколов, используемых в элементах оборудования Softswitch, целесообразно устанавливать на сети ОАО "МГТС" оборудование одного производителя, хотя уже исторически сложилось, что на сети используется оборудование разных производителей, о чем упоминалось ранее.

Оконечные и оконечно-транзитные станции на этом этапе должны быть цифровыми с коммутацией каналов.

По мере решения задач по реализации функций СОРМ, подключения к спецслужбам и др. наступает следующий этап внедрения оборудования Softswitch в качестве оконечного. Данное оборудование устанавливается на сети ОАО "МГТС" вместо выводимых из эксплуатации и выработавших свой ресурс цифровых станций с коммутацией каналов.

Оборудование Softswitch может быть использовано в качестве оконечной станции коммутации по следующим вариантам:

q   на базе шлюзов доступа с непосредственным подключением абонентов по аналоговым абонентским линиям;

q   на базе сетей высокоскоростного доступа.

Первый вариант реализуется оператором, как правило, при необходимости строительства новой станции коммутации, т.е. при телефонизации новых районов. Этот вариант выбран по следующим причинам:

q   вложение инвестиций в традиционное коммутационное оборудование в свете существующего сегодня роста интереса к оборудованию Softswitch может оказаться неэффективным, т.к. срок морального устаревания традиционного оборудования наступает через 6-10 лет;

q   постоянно возрастает доля трафика Интернет, поэтому выгоднее создавать инфраструктуру многоцелевого назначения;

Второй вариант может быть использован для контингента пользователей, которые хотели бы иметь универсальный доступ в сеть для получения не только услуг телефонной связи, но и телевидения и Интернет. Для этого оператор строит волоконно-оптическую сеть доступа, которая может охватить территорию более 100 кв.км и обслужить несколько десятков тысяч абонентов. В это кольцо включаются шлюзы с необходимым числом портов (в т. ч. с малым), к которым подключаются терминалы пользователей. Варианты использования оборудования Softswitch - рис 2.6

Рис.2.6 Схема применения оборудования Softswitch

Глава 3. Характеристика сети с коммутацией пакетов

Практически услугу СПД ОП может получить каждый абонент МГТС. Сеть построена на базе перспективной протокольной архитектуры IP/MPLS, которая по прогнозам ведущих телекоммуникационных производителей станет основой сетей следующего поколения (NGN). IP - межсетевой протокол сети Интернет. MPLS - новая технология коммутации, использующая метки в пакетах данных и позволяющая с их помощью отбирать для маршрутизации определенные потоки данных. Технология MPLS активно распространяется среди операторов традиционных телефонных сетей.

Для более глубокой эксплуатационно-технической отработки технологии MPLS на МГТС организована опытная зона, на которой производится практическая проверка технических решений на действующей сети. На опытной зоне производится мониторинг работы оборудования разных производителей в условиях реальной сети, особенно в части интерфейсов взаимодействия между сетевым оборудованием разных поставщиков. В результате всесторонних комплексных испытаний программно-аппаратных средств зоны, взаимодействия ее с сетями других операторов, будет определено окончательное техническое решение о перспективном направлении развития IP-телефонии на основе технологии КП.

Структурная схема сети ОАО МГТС включает достаточно сложное телекоммуникационное оборудование, особенно в части взаимодействия с сетями других операторов, сетями доступа. При этом на сети длительное время будут использоваться разные технологии: коммутации каналов, коммутации пакетов, цифровой и аналоговый доступ, разного рода технологии беспроводного доступа.

С технической точки зрения, не так просто организовать переход сети ОАО "МГТС" к технологии коммутации пакетов. Все дело в том, что основной услугой всегда предоставляемой Московской городской телефонной сетью является телефония, но трафик голоса и данных - разнотипен. Для передачи данных характерен всплескообразный график использования сетевых ресурсов, а передача голоса характеризуется равномерной зависимостью показателя использования существующей полосы пропускания канала от времени. Особенно важной характеристикой при передаче голоса является время ожидания пакетов, которое должно быть сведено до минимума, иначе абоненты будут слышать сложно интерпретируемые прерывистые обрывки речи.

Осложняет ситуацию и тот факт, что современные телекоммуникационные магистрали используют технологии коммутации каналов, а также схемы мультиплексирования типа TDM (Time Division Multiplexing), что говорит об их ориентации на обслуживание ограниченного количества потока данных, а также регулярность параметров трафика. На практике, какова бы ни была ширина пропускной полосы телекоммуникационного канала, ее все равно не хватит для передачи нерегулярного трафика данных. В тоже время, в ряде случаев инфраструктура телекоммуникационных каналов развита значительно лучше цифровой, и ОАО МГТС все чаще и чаще сталкивается с проблемой замены неэффективной TDM-системы, при необходимости сохранения качества голосового трафика. Выходом из сложившейся ситуации видится замена TDM-сетей с коммутацией каналов на современную пакетную сеть. [27]

Переход от коммутации каналов к коммутации пакетов является наиболее актуальным шагом в развитии Московской городской телефонной сети, тем более при наличии первичных сетей SDH. Основная идея применения сетей с коммутацией пакетов для передачи голоса проста: - если голосовой сигнал уже представлен в цифровом виде и известно, - куда следует его передавать, то достаточно просто снабдить кадр голосовых данных заголовком с указанием адреса назначения, чтобы получить обычный сетевой пакет. Для передачи такого пакета можно использовать технологии, обычно применяемые для передачи данных в сети. При этом каждый из пакетов может передаваться к месту назначения по собственному пути и прямое соединение между абонентом и местом назначения вызова не устанавливается.

Сеть передачи данных общего пользования (СПД ОП) ОАО МГТС построена и введена в техническую эксплуатацию в 2001 году. СПД ОП Московской городской телефонной сети представляет собой пакетную сеть передачи данных, охватывающую всю территорию города Москвы. В качестве базовой технологии используется стек протоколов IP. Доступ к СПД ОП осуществляется по существующей кабельной распределительной сети ОАО "МГТС" с использованием технологий семейства ADSL.

Рассмотрим общую функциональную схему СПД ОП без привязки к конкретному оборудованию транспортной транспортной сети SDH. Сеть передачи данных общего пользования ОАО "МГТС" строится по иерархическому принципу и включает в себя 3 уровня:

уровень доступа

уровень агрегирования

уровень ядра.

При этом логические уровни сети ПД вписываются в 2-х уровневую волоконно-оптическую транспортную сеть МГТС.

Уровень доступа реализуется на станционных устройствах доступа - концентраторах ADSL. Для концентраторов используется единая схема подключения к магистральному кольцу: каскадирование в двунаправленных цепочках, по возможности относящиеся к различным транзитным узлам. Соединение концентраторов в цепочку осуществляется последовательно по интерфейсам STM-1 (155 Мбит/с), начинаясь и заканчиваясь на портах коммутатора. Основной функцией уровня доступа является: концентрирование абонентского трафика с целью его дальнейшей коммутации на уровень агрегирования. Концентраторы доступа размещаются на транзитных узлах ОАО "МГТС" и на узлах доступа ОАО "МГТС". Подключение узлов доступа к магистральной сети передачи данных осуществляется по интерфейсам Gigabit Ethernet (GE) с использованием волоконно-оптических линий связи.

Помимо DSLAM, возможно подключение к магистральной сети передачи данных через выделенные линии связи.

Второй уровень, уровень IP концентрации предназначен для сбора потоков информации от мультиплексоров уровня доступа. Физический уровень концентрации проецируется на волоконно-оптические кольца нижнего и верхнего уровней сети SDH. На уровне IP концентрации устанавливаются серверы IP ДОСТУПА, которые выполняют функции маршрутизаторов, коммутаторов, платформ выбора услуг. Число серверов доступа определяется при проектировании с учетом обеспечения высокой надежности и гибкости сети. IP серверы должны быть оборудованы оптическими интерфейсами для взаимодействия с сетью SDH и уровнем IP ядра сети ПД.

Уровень агрегирования формируется граничными маршрутизаторами, которые соединяются с ядром сети ВОЛС по интерфейсам STM-4 (622МБ/с) или STM-16. Функционально каждое устройство полноценный коммутатор (switch) (он поддерживает все протоколы динамической маршрутизации, определенные стандартами ATM) и два маршрутизатора. Для обеспечения дополнительной гибкости и надежности все коммутаторы соединяются между собой ВОЛС STM-4, образуя резервное кольцо. Основными функциями уровня агрегирования являются:

o   организация динамических соединений на уровне ATM сети между станционными-устройствами доступа (концентраторами) и маршрутизаторами, на которых осуществляется терминация абонентского трафика (достигается с помощью ATM коммутатора);

o   терминирование пользовательского трафика с целью предоставления услуг на базе протокола IP и соответствующие им функции авторизации и аутентификации;

o   предоставления статистики (объем и направления пользовательского трафика);

o   защиты трансляции IP адресов и доступа к шлюзу выбора услуг;

o   реализация пограничных функций.

Взаимодействие граничных маршрутизаторов уровня агрегирования между собой, а также их взаимодействие с оборудованием ядра сети осуществляется с использованием интерфейсов Gigabit Ethernet по волоконно-оптическим линиям связи.

Третий уровень СПД включает транзитные и магистральные маршрутизаторы, задачей которых является распределение трафика между сетями. Пункты установки транзитных маршрутизаторов совпадают с пунктами установки 10 транзитных коммутационных узлов сети SDH. IP ядро сети выполняет также функцию динамической трансляции IP адресов. Взаимодействие IP ядра с сервис провайдерами обеспечивается протоколом динамической маршрутизации BGP, позволяющим агрегировать IP адреса. Наряду с агрегированием и распределением трафика IP сервер выполняет функции управления услугами и IP сетью. Принятая концепция управления сетью опирается на уже разработанную и существующую систему управления сетью SDH. Характерной особенностью управления СПД является наличие элементов управления в самом оборудовании сети передачи данных, а именно:

управление доступом включает управление отказами, управление конфигурацией, производительностью,

управление IP маршрутизаторами включает контроль состояния сети, сбор информации, ведение журналов сбоев и изменений конфигураций сетевых устройств.

Центр управления СПД совпадает с центром управления базовой транспортной сетью МГТС. Для управления СПД ОП ОАО "МГТС" используются основной и резервный узлы управления. Эти узлы подключаются к магистральной сети через маршрутизаторы.

Таким образом основными функциями магистрального уровня являются:

возможность высокоскоростной передачи пакетов данных в формате протокола IP для соединения устройств уровня доступа;

подключение внешних Интернет провайдеров;

построение наложенных виртуальных частных сетей;

подключение системы управления.

В качестве используемой технологии транспортной сети можно рекомендовать пакетные технологии ATM, IP и др. Каждая технология имеет свои плюсы и минусы.

Технология ATM при гарантированном качестве передачи не имеет полностью стандартизованных протоколов и достаточно дорогостоящая.

Технология IР имеет все стандартизованные протоколы, имеет приемлемые цены, но не гарантирует требуемое качество передачи.

Поэтому каждому оператору сети необходимо четко представлять тенденцию развития трафика, используемые технологии и на основании этого выбрать выгодный для него вариант организации сети.

В настоящее время, как уже было отмечено выше, сеть передачи данных ОАО МГТС переведена на технологию коммутации пакетов MPLS - передачи пакетов по меткам.

Для обеспечения показателей безопасности и качества в транзитной сети при передаче голосового трафика рекомендуется организация виртуальной сети (VPN). Учитывая, что происходит непрерывное наращивание цифровой сети с коммутацией каналов и появление после 2006 г. сети с коммутацией пакетов следует также уделить внимание и разработке перспективной схемы сигнализации ОКС7. [7]

Технико-экономический анализ, проведенный сотрудниками ОАО МГТС, объемов реконструкции по годам, особенностей ввода технологии коммутации пакетов, распределения трафика в регионе, количественный рост цифровых сетей присоединенных операторов показал, что связанный режим работы в отдельных случаях может оказаться тормозом развития сети. В частности при ежегодном введении в эксплуатацию больших объемов цифровых систем коммутации, в том числе по новой технологии с КП, при связанном режиме на отдельных направлениях невозможно обеспечить требуемую надежность функционирования сети. Это вызвано тем, что на сети по отдельным маршрутам исключено резервирование из-за недопустимого числа переприёмов. Кроме того, при значительных ёмкостях информационных сетей, связанный режим сигнализации экономически менее эффективен, чем несвязанный. Т.о. наиболее оптимален вариант структурной одноуровневой иерархической схемы сети, в которой используется квазисвязанный режим сигнализации ОКС7, приведенный на Рис.3.1 Сеть состоит из 2-х интегрированных SP/STP, соединенных между собой по принципу "каждый с каждым", двух выделенных STP соединенных с SP/STP также по принципу "каждый с каждым" и SP узлов специальных служб УСС.

Интегрированный SP/STP - это транзитный пункт сигнализации встроен непосредственно в оборудование коммутационной станции и является модулем станции. Достоинством такого пункта сигнализации является простота реализации, меньший объем обмена сигнальным трафиком с пунктом сигнализации, меньший объем сигнального оборудования. Вместе с тем интегрированным пунктам сигнализации присущие следующие недостатки:

· производительность пункта сигнализации зависит от производительности процессора станции;

· производительность пункта сигнализации зависит от производительности процессора станции;

· сбои в оборудовании коммутационной станции отражаются на функционировании пункта сигнализации;

· пропускная способность транзитной сети сигнализации также зависит от производительности процессора станции.

Рис.3.1 Схема сигнализации ОКС 7 цифровой сети ОАО МГТС на 2012 год

Выделенный SТР - это транзитный пункт сигнализации, являющийся элементом сети не входящим в состав коммутационной станции. Для SТР не характерны недостатки интегрированных SР/SТР. В то же время при использовании SТР наблюдается избыточность сигнального оборудования. На окончательный выбор варианта с применением на сети интегрированных пунктов сигнализации оказало влияние широкое использование SР в оборудовании ОПТС и АТС на существующей сети ОАО МГТС. Важным элементом сети сигнализации являются кластеры. Кластер объединяет пункты сигнализации, присоединенные к определенным транзитным пунктам сигнализации. Интегрированные SР/SТР1, SР/SТР2 образуют собственную сеть сигнализации ОКС7 сетей ОАО МГТС. SТР1, SТР2 являются граничными транзитными пунктами сигнализации, отделяющими сети сигнализации других присоединенных операторов от сети сигнализации ОАО МГТС. Фактически граничные пункты SТР уменьшают вероятность несанкционированного доступа сетей присоединенных операторов к сети сигнализации МГТС. Для повышения надежности функционирования информационной сети и сети ОКС7 потоки Е1, формирующие пучки каналов одного направления, аппаратно разносятся по различным системам передачи. При построении сигнальной сети выполняются следующие требования по размещению физических каналов ОКС7 в одном потоке Е1:

¨ не более одного канала ОКС7 одного направления при емкости пучка до 4-х каналов;

¨ не более двух каналов ОКС7 одного направления при емкости пучка более 4-х каналов.

Для подавляющего большинства собственных узлов сети ОАО МГТС число потоков Е1, планируемых для пропуска информационного трафика по направлениям, достаточно и для пропуска сигнального трафика. При этом должно выполняться условие: один сигнальный канал в потоке Е1. Характерно, что при таком условии пропускная способность сети сигнализации достаточна при различных объемных соотношениях технологий коммутации каналов и пакетов общей емкостью примерно 5,5 млн. пользователей. Анализ итоговых расчетов по объемным показателям сети сигнализации ОКС7 показал также, что с точки зрения минимизации затрат на сеть сигнализации, предпочтение необходимо отдать технологии коммутации пакетов. Хотя удельные затраты на сеть сигнализации несравнимы с затратами на информационную сеть, но при реконструкции сети это положение необходимо учитывать.

 

Глава 4. Услуги перспективной сети

4.1 Услуги, предоставляемые существующей сетью

На сегодняшний день перед руководством любого оператора фиксированной связи остро стоит вопрос оптимального выбора архитектурных путей реконструкции и развития своих сетей. Связанно это, в первую очередь с тем, что открытый конкурентный рынок телекоммуникационных услуг заставляет операторов постоянно расширять номенклатуру предоставляемых услуг и, соответственно, модифицировать сети.

Основным видом услуг МГТС долгое время была телефония. Хотя уже в 1937 году на ЦТС заработали "говорящие часы" - москвичи могли круглосуточно могли узнавать по телефону точное время. С тех пор количество предоставляемых абонентам услуг было значительно увеличено. В течение последних лет развитие и реконструкция сети производились по классической архитектуре на основе технологии коммутации каналов за счет увеличения количества традиционных выносов (абонентских концентраторов) и установки новых ОПТС.

ОАО МГТС используя возможности своей базовой сети и ряда предприятий, учредителем (соучредителем) которых она является, предлагает следующие основные телекоммуникационные услуги:

o   местные, междугородные и международные телефонные разговоры;

o   услуги выделенных интегральных цифровых сетей;

o   аренду соединительных линий;

o   предоставление серийных номеров для организаций справочно-информационных служб;

o   бронирование стационарных номеров;

o   предоставление абонентской емкости для подключения учрежденческих АТС;

o   аренду цифровых каналов;

o   аренду прямых проводов.

На сети ОАО МГТС предоставляются следующие традиционные виды услуг:

·        Традиционная телефония;

·        Широкополосный ADSL - доступ в Интернет;

·        Коммутируемый доступ в Интернет - DialUp;

·        Виртуальные частные сети - VPN;

·        Телевизионное вещание по ADSL (в кооперации с провайдерами контента);

К новым услугам относятся:

·        Европейский АОН (на цифровой части сети);

·        Телефония с ДВО;

·        Услуги коротких сообщений - SMS (тестовый режим);

·        Расширенные справочно-информационные услуги с привлечением контент-провайдеров (услуга "009").

Цифровые системы коммутации поддерживают основной набор услуг для абонентов ТФОП. Можно перечислить наиболее характерные дополнительные виды обслуживания (ДВО), которые реализованы на цифровых системах коммутации разных типов:

·        сокращенный набор номера - абонент, пользующийся этой услугой, может установить нужное соединение, набрав вместо полного номера вызываемого абонента заранее присвоенный ему сокращенный номер;

·        соединение без набора номера (прямая связь) - услуга позволяет абоненту установить соединение с заранее зарегистрированным номером, не набирая этот номер (с выдержкой времени или без выдержки времени);

·        повторный вызов абонента без набора номера - услуга позволяет абоненту, имеющему телефонный аппарат с многочастотной тастатурой, повторно соединиться с номером, который был набран последним, не набирая этот номер снова;

·        безусловная переадресация - услуга дает абоненту возможность заказать, на время своего отсутствия, переадресацию входящих к нему вызовов к другому абоненту;

·        переадресация при занятости - услуга предоставляет абоненту возможность заказать переадресацию к другому абоненту вызовов, поступающих, когда сам он занят другим разговором;

·        уведомление о новом вызове - услуга уведомляет абонента, занятого разговором с другим абонентом, о том, что его вызывает третий абонент;

·        побудка - услуга позволяет абоненту задать время, когда станция должна передать ему автоматически сигнал вызова; возможен заказ либо однократной побудки, либо многократной (т.е. ежесуточно, вплоть до отмены услуги);

·        наведение справки и конференцсвязь трех абонентов - услуга позволяет абоненту перевести связь с другим абонентом в режим удержания и соединиться с третьим абонентом, чтобы навести у него справку. После ответа третьего абонента, абонент, пользующийся услугой, может организовать конференцсвязь трех абонентов, вернуться к первоначальному соединению, переведя связь с третьим абонентом в режим удержания, или вернуться к первоначальному соединению окончательно, отключив третьего абонента;

·        запрет исходящей связи - услуга позволяет абоненту временно запретить для своего аппарата исходящую междугородную связь и связь с платными службами, или исходящую связь всех видов, кроме связи с экстренными спецслужбами;

·        временный запрет входящей связи - услуга заключается в том, что абонент запрещает направлять к нему либо все входящие вызовы, либо только местные;

·        исходящая связь по коду-паролю - абонент, который пользуется услугой, запрещающей для его аппарата какой-либо вид исходящей связи, может получать связь этого вида, используя всякий раз код-пароль, набираемый перед набором нужного ему номера;

·        определение номера вызывающего абонента - услуга позволяет абоненту при злонамеренном входящем вызове определить с помощью администрации номер вызывающего абонента, если тот включен в ту же местную сеть;

·        передача информации АОН к аппарату вызываемого абонента - эта услуга предоставляется абоненту, если он имеет право пользования индивидуальной установкой АОН;

·        ввод, замена и отмена личного кода-пароля - услуга предоставляет абоненту право назначать, изменять или отменять личный код-пароль, необходимый для пользования некоторыми дополнительными услугами;

·        отмена всех услуг - владелец телефонного аппарата с многочастотной тастатурой может отменить с помощью одной процедуры следующие ранее заказанные услуги: сокращенный набор номера, прямую связь (с выдержкой времени), переадресацию.

·        постановка вызова на ожидание - услуга предполагает возможность не только простого уведомления о новом вызове, но и возможность соединения и переговоров с вызывающим

·        абонентом путем кратковременного отбоя или нажатия специальной кнопки на телефонном аппарате. Повторение этой процедуры обеспечивает возврат к предыдущему разговору;

·        распечатка записей длительности и стоимости разговора (подробный учет стоимости для отдельных абонентов);

Расширение диапазона служб для обычных абонентов является перспективным направлением развития, позволяющем быстро реагировать на изменение потребностей и популярность услуг. Основной проблемой по реализации доступа к услугам состоит в сопряжении существующей аналоговой ТФОП и цифровыми сетями; согласовании систем сигнализации; модернизации оборудования сети.

4.2 Услуги перспективной сети

Услуги, предоставляемые ОАО "МГТС" с использованием сети передачи данных общего пользования, направлены, как на физические, так и на юридические лица. Данные услуги получили название "Услуги управления систем передачи данных общего пользования (УСПД)". К таким услугам в настоящее время относятся:

·   организация виртуальных частных сетей (VPN) - объединение удаленных офисов;

·   IP-телефония (предоставление дополнительных телефонных номеров на существующей абонентской линии);

·   предоставление высокоскоростного доступа в сеть Интернет общего пользования.

Виртуальные частные сети представляют собой замкнутые группы пользователей, использующих общую сетевую инфраструктуру. Виртуальная частная сеть, построенная на базе СПД ОП ОАО "МГТС", позволяет объединить локальные сети, находящиеся в разных офисах в разных районах Москвы, в единую корпоративную компьютерную сеть. Для построения VPN на базе СПД ОП ОАО "МГТС" используется технология MPLS. Подобное решение организации виртуальных частных сетей характеризуется простотой создания, высоким уровнем безопасности и качества обслуживания, возможностью расширения инфраструктуры, а также низкими расходами на установку VPN. Услуга организации виртуальных частных сетей направлена, в основном, на использование юридическими лицами. Ресурсы СПД ОП ОАО "МГТС" обеспечивают пользователям VPN следующие возможности:

·   обмен любыми видами информации, включая видео;

·   создание замкнутых (ведомственных) телефонных сетей (аналог распределенной УПАТС);

·   создание систем видеоконференции;

·   предоставление услуг IP-телефонии (предоставление дополнительных телефонных номеров);

·   организация высокоскоростного удаленного доступа к базам данных и обмена большими объемами информации;

·   создание распределенных вычислительных систем, распределенных баз данных, систем удаленного доступа к вычислительным ресурсам и т.д.

Услуга IP-телефонии обеспечивает пользователям возможность расширения телефонной емкости путем передачи речевой информации через сеть ЕР. Пропускная способность ADSL-канала позволяет обеспечить предоставление от одного до восьми дополнительных телефонных номеров на одной абонентской линии. Подобная услуга может быть востребована, как физическими лицами, желающими организовать у себя в квартире второй городской телефонный номер, так и юридическими лицами, заинтересованными в организации дополнительных телефонных номеров или одного многоканального телефонного номера.

Сеть передачи данных общего пользования ОАО "МГТС" позволяет физическим и юридическим лицам организовать высокоскоростной доступ в глобальную сеть Интернет. Причем гибкая тарифная политика дает возможность обеспечивать различные скорости в ADSL-канале вплоть до 24 Мбит/с в направлении от сети к абоненту и 2 Мбит/с в направлении от абонента к сети (технология ADSL2+).

Помимо перечисленных выше услуг в ближайшее время на базе СПД ОП ОАО "МГТС" предполагается предоставление интерактивных услуг, связанных с передачей широкополосного мультимедийного трафика. К таким услугам относятся: "видео по запросу" (VoD), видеоконференция, on-line игры и т.д. Внедрение подобных услуг предъявит повышенные требования к ресурсам сети передачи данных ОАО "МГТС" в части обеспечения необходимого уровня различных показателей качества обслуживания.

Проводя анализ качества предоставления услуг на СПД ОП ОАО "МГТС", можно разделить всю сеть передачи данных на две отдельные составляющие, совместное функционирование которых должно обеспечить интегрированное качество услуг "из конца в конец". Этими двумя составляющими СПД ОП являются:

· магистральная сеть передачи данных (от ядра сети до оборудования DSLAM);

· участок "последней мили", представляющий собой абонентскую линию от оборудования пользователя до оборудования DSLAM.

Основными характеристиками магистральной сети являются:

· сетевая инфраструктура, полностью построенная с использованием волоконно-оптических линий связи;

· высокоскоростные интерфейсы (от GE до 10GE);

· высокопроизводительное сетевое оборудование со следующими характеристиками: высокая пропускная способность и производительность коммутации/маршрутизации, большие размеры буферов ожидания, поддержка большинства современных механизмов качества обслуживания и управления потоками трафика, высокая надежность оборудования.

Основными характеристиками участка "последней мили" являются:

использование существующей кабельной распределительной сети ОАО "МГТС" с ее недостатками в части разнородных физических свойств отдельных абонентских линий и, соответственно, нестабильностью функционирования;

разнородное сетевое оборудование, устанавливаемое в домах/офисах пользователей (ADSL-модемы, сплиттеры, оборудование LAN), при малой степени возможности контроля за данной установкой со стороны ОАО "МГТС".

В настоящее время на СПД ОП ОАО "МГТС" не реализуется каких-либо механизмов поддержания качества обслуживания. Это связано с тем, что на текущий момент на сети передачи данных общего пользования ОАО "МГТС" складывается такая ситуация, при которой загрузка магистральной сети пользовательским трафиком незначительна. При таком положении необходимое качество обслуживания на уровне магистральной сети обеспечивается не за счет реализации механизмов качества обслуживания, а за счет избыточности пропускной способности сети передачи данных. Таким образом, в сетевом оборудовании обеспечивается равноправное обслуживание IP-пакетов, связанных с работой различных приложений, то есть весь сетевой трафик, рассматривается в качестве трафика класса best effort. В данной ситуации, на сегодняшний день, явным "узким местом" СПД ОП ОАО "МГТС" является участок "последней мили". Именно на этом участке может происходить основная деградация показателей качества обслуживания. В настоящее время жизненный цикл услуги, предоставляющей пользователю доступ к СПД ОП ОАО "МГТС" по ADSL-линии, не включает в себя фазу предварительной проверки абонентской линии перед предоставлением услуги, а также фазу последующего мониторинга качества и стабильности функционирования ADSL-линии. Отсутствие фазы предварительной проверки ADSL-линии приводит к тому, что не могут быть своевременно выявлены абонентские линии с плохими физическими характеристиками. Это, в свою очередь, ведет к тому, что данные абонентские линии не в состоянии обеспечивать заявленные параметры (скорость передачи данных, показатели качества обслуживания), что проявляется в виде жалоб пользователей или даже их уходе к конкурентам.

Не менее важной (а может быть даже более важной) фазой, чем первоначальная проверка ADSL-линии, является ее последующий мониторинг. Необходимость дальнейшего мониторинга определенных показателей абонентских линий связана с тем, что со временем возможна деградация качества функционирования ADSL-линии. Подобная деградация может быть вызвана такими причинами, как импульсные шумы, перекрестные помехи от других абонентских линий, окисление контактов, а также качество оборудования, установленного в домашней/офисной сети пользователя. Результатом мониторинга определенной абонентской линии должен стать компромисс, который следует обеспечить оператору сети между такими показателями, как скорость передачи данных, помехоустойчивость ADSL-линии и величина задержки на участке "последней мили".

При увеличении числа пользователей СПД ОП ОАО "МГТС", а также при увеличении объемов передаваемого пользователями трафика, связанного с внедрением новых широкополосных услуг (например, VoD), участок "последней мили" перестает быть единственным "узким местом" сети передачи данных. В такой ситуации начинают резко увеличиваться объемы трафика, передаваемого через магистральную сеть СПД ОП. В результате увеличивается вероятность перегрузки на отдельных элементах магистральной сети передачи данных. Чтобы избежать при этом резкого ухудшения показателей качества обслуживания, необходима реализация механизмов поддержания качества в сети передачи данных ОАО "МГТС". Это позволит свести к минимуму вероятность некорректной работы критически важных приложений, таких как приложения реального времени или приложения управления сетью.

Помимо проблем, связанных с обеспечением качества обслуживания на уровни магистральной сети, увеличение числа пользователей и объемов передаваемого трафика еще больше повысит требования к поддержанию качества обслуживания на участке "последней мили". Исследования показывают, что увеличение скоростей передачи данных в ADSL-канале приводят к нестабильной работе гораздо большего числа абонентских линий, чем это встречалось на более низких скоростях. Наиболее ярко это будет проявляться при предоставлении таких широкополосных услуг, как VoD, требующих для передачи видео в формате MPEG пропускной способности до нескольких мегабит в секунду. Увеличение числа пользователей может негативно проявиться в том, что появится множество одновременно используемых абонентских линий в одном пучке. Данный факт скажется на увеличении перекрестных помех между соседними ADSL-каналами.

Таким образом, можно сделать вывод, что с увеличением числа пользователей СПД ОП ОАО "МГТС" и увеличением объемов передаваемого трафика, участок "последней мили" будет оставаться наиболее "узким местом" на сети передачи данных. Однако, при этом, возникнет также новая угроза в направлении качества предоставления услуг, идущая от магистральной сети передачи данных. Она будет вызвана тем, что возросшие объемы пользовательского трафика более не смогут быть компенсированы избыточностью пропускной способности магистральной сети передачи данных. Это приведет к тому, что на отдельных участках сети будут возникать перегрузки, которые вызовут резкое ухудшение параметров качества обслуживания для всех используемых приложений.

В качестве мер противодействия описанным выше угрозам качеству функционирования СПД ОП ОАО "МГТС" можно рекомендовать:

·   постоянный мониторинг качества функционирования ADSL-каналов на участке "последней мили";

·   реализация механизмов обеспечения качества обслуживания в магистральной сети передачи данных.

Глава 5. Расчет объема оборудования

Существует потенциальный спрос на услуги связи на территории пяти районов города, разнесенных на местности общей площадью в 150 км². На территории расположены аналоговые и цифровые АТС, УАТС и аналоговые телефонные аппараты.

Требуется: создать инфраструктуру сети связи для предоставления мультимедийных мультисервисных услуг жителям этих районов. Сопутствующее требование: создаваемая инфраструктура не должна ограничивать возможность предоставления других услуг связи, в том числе высокоскоростного обмена данными.

Число пользователей в районах приведено в таблице 5.1.

Таблица 5.1Число пользователей в проектируемых районах

Номер шлюза доступа

Число абонентов ТфОП

Число абонентов ЦСИС-BRA

Число подключаемых УПАТС

Число подключаемых сетей с интерфейсом V5

Число терминалов SIP, H.323, MGCP

1

1

15000

150

5

3

200

2

2

10000

350

9

4

300

3

3

12000

200

6

5

150

4

4

14000

250

5

4

250

5

5

9000

350

8

5

350

Под решением в рамках технологии NGN будем понимать организацию сетевой инфраструктуры с использованием оборудования шлюзов доступа и гибкого коммутатора (SoftSwitch).

В этом случае для решения задачи телефонизации предполагается установка одного SoftSwitch и, исходя из критерия критичности длины абонентской линии, пяти шлюзов доступа. Приемлемые показатели качества обслуживания могут достигаться при длинах абонентских линий до 3-4 км или при расстоянии по прямой 2,5-3 км. Следовательно, для охвата территории площадью в S км² потребуется 5 узлов доступа или АТС, K=1.5; S=150 km^2; R=3 km;

N=k*; N=7.958,

где R - радиус территории охвата одним узлом. Определяется как "расстояние по прямой" от данной точки установки узла до максимально удаленного абонента, обслуживаемого этим узлом;

к - коэффициент географического отклонения от центра окружности. Характеризует удаленность реальной точки установки узла от идеальной точки в географическом центре круга. Значение коэффициента показывает, во сколько раз большее (по сравнению с идеальным) число точек установки потребуется задействовать, чтобы "закрыть" требуемую площадь.

Тогда, с точки зрения критичности длины абонентской линии, для охвата 150 км² при условии, что R = 3 км и, приняв к - 1,5, определим, что потребуется 5 АТС и узлов доступа. Соответственно, могут использоваться одна АТС и четыре узла доступа или пять АТС.

В этом случае схема сети соответствует представленной на рис.5.2.

Суммарная абонентская емкость шлюзов равна 60 тысячам. Соответственно, оборудование SoftSwitch должно иметь производительность, достаточную для поддержки абонентов.

Российским производителем оборудования - фирмы ООО "Протей" - разработан комплекс оборудования для NGN.

Число шлюзов определяется, 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.

Рис.5.2 Инфраструктура мультисервисной сети в рамках NGN технологии

Если шлюз производит подключение оборудования сети доступа интерфейса V5, LAN либо УПАТС, то зона обслуживания шлюза включает в себя и зоны обслуживания подключаемых объектов.

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

Далее детальный (подробный) расчёт приведен для шлюза N1 по исходным данным таблицы 5.3.

Пусть:

.        Y_тфоп - общая нагрузка, поступающая на шлюз от абонентов ТФОП;

2.       y__{тфоп -} удельная исходящая и входящая нагрузка от абонента ТфОП в ЧНН. Будем считать, что y__тфоп=0.1 Эрл.

Тогда: Y_тфоп=N_тфоп*y__тфоп; Y_тфоп=1.5*10³ Эрл.

 

Таблица 5.3. Исходные данные для расчёта параметров шлюза N1

1	Число абонентов, использующих подключение по аналоговой абонентской линии - NТФОП	15000
2	Число абонентов, использующих подключение по базовуму доступу ЦСИС - NЦСИС	150
3	Число абонентов с терминалами SIP/H323/MGCP, использующие поключение к Ethernet интерфейсу на уровне маршрутизатора шлюза доступа - NSHM	200
4	Число сетей доступа поинтерфейсу V5, подключаемых к шлюзу доступа - VV5	3
5	Число УПАТС, подключаемых к шлюзу - VУПАТС	5
6	Число пользовательских каналов в интерфейсе V5, где j-номер сети доступа - VJ	15; 17; 16
7	Число пользовательских каналов в интерфейсе подключения УПАТСк, где к-номер УПАТС: - VK	5; 6; 5; 4; 5

. Y_{цсис -} общая нагрузка, поступающая на шлюз доступа от абонентов ЦСИС;__{цсис -} удельная исходящая и входящая нагрузка от абонента ЦСИС в ЧНН. Будем считать, что y__ЦСИС=0.2 Эрл.

Тогда: Y_ЦСИС=N_ЦСИС*y__ЦСИС; Y_ЦСИС=30 Эрл.

. Y_jV5 - нагрузка от сети доступа j, подключаемой по интерфейсу v5 к шлюзу доступа;_{_jv5 -} удельная нагрузка одного пользовательского канала интерфейса V5.

Будем считать, что y_V5=0.8 Эрл.

Тогда:

Количество каналов в каждой из 3х сетей доступа по интерфейсу v5:

V_J=.

Нагрузка от каждой из трех сетей доступа по интерфейсу v5

Y_{_V5}=V_J*y_V5; Эрл.

. Y_{K_PBX} - нагрузка от УПАТС_к, подключаемой к шлюзу;

y_{k_упатс}-удельная нагрузка, одного пользовательского канала первичного доступа ЦСИС.

Будем считать, что y_{k_упатс=}0.8 Эрл;

Тогда:

Количество пользовательских каналов в интерфейсе подключения каждой УПАТС_к: шлюзу доступа

V_LK=.

Где L-номер доступа; K - номер УПАТС.

Максимальная нагрузка каждой из пяти УПАТС, подключенной к одному шлюзу доступа:

Y_{_УПАТС}=V_LK*y_{k_УПАТС};_{_УПАТС}= Эрл.

Исходя из этого:

1. Общая нагрузка, поступающая от абонентов ТфОП и ЦСИС на шлюз доступа равна:

Y_РШД=Y_ТФОП+Y_ЦСИС; Y_РШД=1.53*10³ Эрл.

. Общая нагрузка, поступающая на шлюз доступа, обеспечивающий подключение оборудования сетей доступа по интерфейсу v5, равна

J=0.3 Y_V5=,_J; Y_V5=38.4 Эрл.

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

k=0.8 Y_УПАТС=; Y_УПАТС=20 Эрл.

 

Таблица 5.4. Результаты расчета нагрузки для каждого канала и линии, поступающей на шлюзы

N	Количество каналов для районов	Общая нагрузка, поступающая на шлюз доступа	Количество пользовательских каналов	Общая нагрузка, поступающая на транкинговый шлюз
1	15; 17; 16	38,4	5; 6; 5; 4; 5	20
2	12; 15; 17; 18;	50	2; 4; 1; 3; 4; 3; 5; 6; 2	24
3	10; 12; 13; 14; 15;	51	1; 3; 2; 5; 2; 4	14
4	9; 11; 13; 14	38	4; 5; 2; 3; 6	16
5	7; 9; 10; 12; 13	41	3; 1; 3; 1; 2; 4; 3; 1	14

Если шлюз реализует одновременно функции резидентного шлюза доступа, шлюза доступа и транкинкого шлюза подключения УПАТС, то общая нагрузка, поступающая на шлюз, вычисляется по следующей формуле:

Y_Ш=0.8 () +0.1N_ТФОП+0.2N_ЦСИС;

Y_Ш=1.588*10³ Эрл.

ПустьV_{COD_ m} - скорость передачи кодека типа т при обслуживании вызова. Тогда транспортный ресурс, который должен быть выделен для передачи в пакетной сети трафика, поступающего на шлюз, при условии использования кодека типа т будет равен.

V_{Ш_П}=k*V_{COD_m}*Y_Ш.

Кодеки G.729 сокращенно называются CS-ACELP (Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction-сопряженная структура с управляемым алгебраическим кодом с линейным предсказанием). Алгоритм основан на кодированнии с использованием линейного предсказания с кодовым возбуждением (CELP-модель).

В случае потери передаваемой кодером битовой посылки исходные данные для речевого синтезатора получаются интерполяцей данных с предыдущих (хороших) кадров, но при этом энергия интеродированного речевого сигнала постепенно уменьшается, что не создает особого дискомфорта слушателю.

В устройствах VoIP данный кодек занимает лидирующее положение, обеспечивая наилучшее качество кодирования речевой информации при достаточно высокой компрессии.

При использовании кодека G.729 А с алгоритмом подавления пауз для обслуживания интенсивности нагрузки потребуется следующий транспортный ресурс:

V_{COD_m}=12.12 Кбит/с; k=1.25

V_{Ш_П}=k*V_{COD_m}*Y_Ш; V_{Ш_П}=24.06 Мбит/с_.

В дальнейшем расчет транспортного ресурса будет производиться исходя из максимальных потребностей в полосе пропускания на сети - при применении кодека G.729 А с подавлением пауз.

Таким же образом вычисляется транспортный ресурс оставшихся 4х шлюзов:

V_{Ш_П}= Кбит/с.

В таблице 5.5 приведены результаты расчета транспортного ресурса шлюзов при использовании кодеков G729 A.

 

Таблица 5.5. Результаты расчета оборудования шлюзов

N шлюза	YШ; Эрл	VШ_П Mбит/с	Интерфейсы
1	1.588*103	24	2*100Мбит/с Ethernet
2	1.128*103	17	2*100Мбит/с Ethernet
3	1.298*103	20	2*100Мбит/с Ethernet
4	1.508*103	23	2*100Мбит/с Ethernet
5	1.028*103	16	2*100Мбит/с Ethernet

Глава 6. Определение экономической эффективности внедрения проектируемой сети

Данный дипломный проект посвящён модернизации района ГТС, в котором в настоящее время существует сеть КК и сеть КП. Модернизация заключается в организации перехода сети КК на сеть КП. Этим мы хотим добиться расширения спектра услуг (предоставление выхода в Internet, организацию VPN).

Данная глава является важной частью дипломного проекта и ее цель - показать эффективность перехода от сети с КК к сети с КП. Для этого будут рассчитаны следующие показатели:

капитальные затраты на установку нового оборудования;

расходы на производство и реализацию услуг;

доходы от новых видов услуг.

 

6.1 Расчет капитальных затрат на установку нового оборудования

Капитальные затраты на оборудование рассчитываются по формуле:

,

где  - стоимость нового оборудования;

 - затраты на тару и упаковку в размере 0,5% от стоимости оборудования;

 - транспортные расходы, которые составляют от 3% до 5% от стоимости оборудования;

 - заготовительные и складские расходы в размере 0,5% от стоимости оборудования;

 - затраты на монтажные работы в размере 6% от стоимости оборудования.

Капитальные затраты на линейную часть не учитываются, так как модернизация сети не требует её переустройства. Смета затрат на новое оборудование представлена в табл.6.1 Затраты на единицу оборудования приведены на основании данных официального сайта НТЦ "Протей". Объем оборудования определен в гл.5 дипломного проекта.

Таблица 6.1. Смета затрат на новое оборудование

№п/п	Наименование оборудования	Един. изм.	Кол-во единиц	Цена единицы, руб.	Сумма, руб.
1	Шлюз Протей-ITG	шт.	5	351 900	1 759 500
2	Привратник Протей-GK	шт.	5	307 960	1 539 800
3	Биллинговая система Протей-ТК	шт.	5	381 290	1 906 450
4	Корпус CS621 (крепление)	шт.	5	23 770	118 850
				Итого:	5 324 600

 5 324 600 руб.

Тогда:

 26 623 руб.

 266 230 руб.

 26 623 руб.

 319 476 руб.

К = 5 324 600 + 26 623 + 266 230 + 26 623 + 319 476 = 5 963 552 руб.

 

6.2 Расчет расходов на производство и реализацию услуг

Эти расходы рассчитываются по следующим статьям затрат:

–       фонд заработной платы с учетом начислений;

–       амортизационные отчисления на полное восстановление;

–       затраты на материалы, запасные части и текущий ремонт;

–       затраты на оплату производственной электроэнергии;

–       прочие расходы.

Так как оборудование на базе платформы "Протей" устанавливается в автозале АТС, дополнительной платы за аренду помещения не требуется.

Фонд заработной платы.

Фонд заработной платы включает в себя выплаты по заработной плате, исчисленные, исходя из должностных окладов и численности штата, с учетом компенсирующих выплат и принятой системой премирования работников:

,

где  - заработная плата одного сотрудника i-ой квалификации;

 - численность производственных работников i-ой квалификации;

- коэффициент, учитывающий число месяцев в году;

,2 - коэффициент, учитывающий премии;

,342 - коэффициент, учитывающий начисления в размере 34,2% на ФЗП.

Для мониторинга и обновления базы данных одной системы предоставления услуг требуется обслуживающий персонал. Так как работа не сопряжена с тяжёлыми нагрузками, то достаточно двух сотрудников, работающих посменно:

–       Оператор баз данных (БД) (заработная плата по данным сайта поиска вакансий hh.ru - 20000 руб. в месяц)

Учитывая, что количество модернизируемых АТС равно 5, получаем:

3864960 руб.

Затраты на материалы, запасные части и текущий ремонт.

Затраты на материалы, запасные части и текущий ремонт составляют 0,5% от капитальных затрат:

М = 5 963 552*0.005 = 29 818 руб.

Амортизационные отчисления.

Амортизационные отчисления составляют 12,5% от капитальных затрат [15]:

А = Н_а*К = 5 963 552*0.125 = 745 444 руб.

Затраты на оплату производственной электроэнергии.

 руб,

где W - мощность, потребляемая оборудованием в год;

,61 руб. - тариф за кВт*час электроэнергии для предприятий связи (по данным сайта #"564261.files/image038.gif">,

- число часов в сутках;

- число дней в году;

- коэффициент перевода в кВт;

- количество модернизируемых АТС;

 - мощность, потребляемая новым оборудованием одной АТС, Вт в час.

Вт; [из спецификаций на оборудование]

 кВт*час в год;

 руб.

Прочие расходы.

Прочие расходы составляют 15 - 20% от расходов на производство и реализацию услуг (Т).

 

Пр = Т*0.2 = 3 864 960*0.2 = 772 992 руб.

Суммарные расходы на производство и реализацию услуг.

 

З_об = 3 864 960 + 29 818 + 745 444 + 252 989+ 772 992 = 5 666 203 руб.

 

6.3 Расчет доходов и прибыли от услуг связи за первый год эксплуатации сети

При эксплуатации проектируемой сети доходы получаются за счет подключения абонентов к предоставляемым услугам двух видов и абонентской платы за них.

Предоставляемые услуги:

организация VPN;

предоставление доступа к сети Интернет.

Расчет доходов от услуг связи производится, исходя из тарифа на услугу и числа подключаемых абонентов. Мы рассматриваем район ГТС с 60 тысячами абонентов, подключение услуг происходит в январе. На указанный момент времени получены заявки на подключение только от 1680 абонентов. Так как мы не может точно спрогнозировать количество подключаемых абонентов в следующих годах, то рассчитывать доходы и прибыль от предоставляемых услуг связи мы будем только за первый год эксплуатации сети. Данные по тарифам на услуги приведены на основании официального сайта компании "МГТС". По имеющимся заявкам в ОАО “МГТС" число подключаемых за первый год абонентов к услуге VPN составляет 0.3% (180 человек) от общего числа абонентов, а подключаемых к услуге Интернет - 2.5% (1500 человек).

 

Таблица 6.2. Предоставляемые услуги и тарифы

№п/п	Наименование услуги	Стоимость подключения, руб	Абонентская плата, руб/месяц	Число подключаемых абонентов
1	Организация VPN	8000	1350	180
2	Предоставление доступа к сети Интернет	1200	333	1500

Доходы от услуг связи за первый год эксплуатации сети рассчитывается по формуле:

Д _усл. = Д_подкл + Д_{аб. пл.,}

где Д_подкл - доходы за подключение; Д_{аб. пл. -} доходы от абонентской платы;

Д _усл. = 3 240 000 + 8 910 000 = 12 150 000 руб.

Прибыль от услуг связи за первый год эксплуатации сети рассчитывается по формуле:

П _усл. = Д_усл - З_об - Н_пр,

где Д_усл - доходы от услуг связи за первый год эксплуатации сети;

З_об - суммарные расходы на производство и реализацию услуг;

Н_пр - налог на прибыль в размере 20%

П_усл. = 12 150 000 - 5 666 203 - 1 296 759 = 5 187 038 руб.

Результаты технико-экономического расчета представлены в таблице 6.3

 

Таблица 6.3. Результаты технико-экономического расчета

№п/п	Наименование показателя	Единица измерения	Величина показателя
1	Капитальные затраты	руб.	5 963 552
2	Расходы на производство и реализацию услуг	руб.	5 666 203
3	Доходы от услуг связи за первый год	руб.	12 150 000
4	Прибыль за первый год	руб.	5 187 038

Как видно из таблицы 6.3, прибыль от услуг связи уже за первый год эксплуатации сравнима с капитальными затратами. Если в дальнейшем темпы расширения услуг, предоставляемых абонентам за счёт установки нового оборудования, сохранятся, то можно ожидать, что срок окупаемости проекта будет менее двух лет. Следовательно, внедрение проектируемой сети на базе системы "Протей" является экономически целесообразным.

Глава 7. Организация рабочего места инженера-проектировщика

В данном дипломе рассматривается модернизация ГТС, что подразумевает под собой проектирование. Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу важных проблем безопасного и эргономического проектирования в области вычислительной техники.

7.1 Общие требования

Рабочее место с дисплеем должно обеспечивать оператору возможность удобного выполнения работ в. положении сидя и не создавать перегрузки костно-мышечной системы. Основными элементами рабочего места оператора являются: рабочий стол, рабочий стул (кресло), дисплей, клавиатура; вспомогательными - пюпитр, подставка для ног.

Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу важнейших проблем эргономического проектирования в области вычислительной техники.

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации рабочего места инженера должны быть соблюдены следующие основные условия:

· оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места;

· достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения;

· необходимо естественное и искусственное освещение для выполнения поставленных задач;

· уровень акустического шума не должен превышать допустимого значения.

· Оптимальные или допустимые микроклиматические параметры;

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации рабочего места должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения. Зоны досягаемости рук в горизонтальной плоскости:

а - зона максимальной досягаемости;

б - зона досягаемости пальцев при вытянутой руке;

в - зона легкой досягаемости ладони;

г - оптимальное пространство для грубой ручной работы;

Рассмотрим оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости рук:

ДИСПЛЕЙ размещается в зоне а (в центре);

КЛАВИАТУРА - в зоне г/д;

СИСТЕМНЫЙ БЛОК размещается в зоне б (слева);

ПРИНТЕР находится в зоне а (справа);

ДОКУМЕНТАЦИЯ в зоне легкой досягаемости ладони - в (слева)

в выдвижных ящиках стола - литература, неиспользуемая постоянно.

Эргономическими аспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест, в частности, являются: высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования к расположению документов на рабочем месте (наличие и размеры подставки для документов, возможность различного размещения документов, расстояние от глаз пользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.), характеристики рабочего кресла, требования к поверхности рабочего стола, регулируемость рабочего места и его элементов.

Главными элементами рабочего места инженера являются письменный стол и кресло. Основным рабочим положением является положение сидя.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление инженера. Рациональная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок и постоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ чаще, расположено в зоне легкой досягаемости рабочего пространства. Моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека. Максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе. Оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя. При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие: шея не должна быть наклонена более чем на 20° (между осью "голова-шея" и осью туловища), плечи должны быть расслаблены, локти - находиться под углом 80° - 100°, а предплечья и кисти рук - в горизонтальном положении.

Причина неправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами: нет хорошей подставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, а документы - слишком низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног. В целях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации: лучше передвижная клавиатура, чем встроенная; должны быть предусмотрены специальные приспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры, документов и экрана, а также подставка для рук.

7.1.1 Требования к рабочему столу

Конструкция рабочего стола должна обеспечивать возможность размещения на рабочей поверхности необходимого комплекта оборудования и документов с учетом характера выполняемой работы. Рабочие столы по конструктивному исполнению подразделяют на регулируемые и нерегулируемые по изменению высоты рабочей поверхности. Регулируемая высота рабочей поверхности стола должна изменяться в пределах от 680 до 800 мм. Механизмы для регулирования высоты рабочей поверхности стола должны быть легко досягаемыми в положении сидя, иметь легкость управления и надежную фиксацию. Высота рабочей поверхности стола при нерегулируемой высоте должна составлять 725 мм. Размеры рабочей поверхности стола должны быть: глубина - не менее 600 (800) мм, ширина - не менее 1200 (1600) мм. Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм. Рабочая поверхность стола не должна иметь острых углов и краев. Покрытие рабочей поверхности стола должно быть из диффузно отражающего материала с коэффициентом отражения 0,45 vO,50.

7.1.2 Требования к рабочему стулу (креслу)

Рабочий стул (кресло) должен обеспечивать поддержание физиологически рациональной рабочей позы оператора в процессе трудовой деятельности, создавать условия для изменения позы с целью снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины, а также для исключения нарушения циркуляции крови в нижних конечностях. Рабочий стул должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья. В целях снижения статического напряжения мышц рук следует использовать стационарные или съемные подлокотники, регулирующиеся по высоте над сиденьем и внутреннему расстоянию между подлокотниками. Регулирование каждого положения должно быть независимым, легко осуществимым и иметь надежную фиксацию. Поверхность сиденья должна иметь ширину и глубину не менее 400 мм. Должна быть предусмотрена возможность изменения угла наклона поверхности сиденья от 15" вперед до 5* назад. Высота поверхности сиденья должна регулироваться в пределах от400 до 55. Опорная поверхность спинки стула (кресла) должна. JCTB высоту (300±20) мм, ширину не менее 380 мм и радиус кривизны в горизонтальной плоскости 400 мм. Угол наклона спинки в вертикальной плоскости должен регулироваться в пределах 0°±30° от вертикального положения. Расстояние спинки от переднего края сиденья должно регулироваться в пределах от 260 до 400 мм. Подлокотники должны быть длиной не менее 250 мм, шириной - 50-70 мм, иметь возможность регулирования по высоте над сиденьем в пределах (230±30) мм и регулирования внутреннего расстояния между подлокотниками к пределах от 350 до 500 мм.

7.1.3 Требования к подставке для ног

Подставка для ног должна регулироваться но высоте и пре делах до 150 мм и углу наклона опорном поверхности - до 20°. Ширина опорной поверхности подставки для нос должны; быть не менее 300 мм. глубина - не менее 400 мм. Поверхность подставки должна быть рифленой. По переднему краю должен быть предусмотрен бортик высотой 10 мм.

7.1.4 Требования к дисплею

Дисплей на рабочем месте оператора должен располагаться так. чтобы изображение в любой его части было различимо без необходимости поднять или опустить голову. Дисплей на рабочем месте должен быть установлен ниже уровня глаз оператора. Угол наблюдения экрана оператором относительно горизонтальной линии взгляда не должен превышать 60.

Рассмотрим ЖК мониторы (LCD мониторы или мониторы TFT).

LCD мониторы снижают нагрузку на зрение, поэтому работать с таким монитором гораздо комфортнее и безопаснее для здоровья. ЖК мониторы имеют меньший вес и занимают гораздо меньше места на столе, чем ЭЛТ (Таблица 7.1.).

 

Таблица 7.1. Визуальные эргономические параметры монитора и пределы их изменений 

Наименование параметров	Минимальные пределы значений параметров	Максимальные пределы значений параметров
Яркость знака (яркость фона), кд/кв. м. (измеренная в темноте)	35	120
Внешняя освещенность экрана, лк	100	250
Угловой размер, угл. Мин.	16	60

7.1.5 Требования к клавиатуре

Клавиатура на рабочем месте оператора должна располагаться так, чтобы обеспечивалась оптимальная видимость экрана. Клавиатура должна иметь возможность свободного перемещения. Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии от 100 до 300 мм от переднего края, обращенного к оператору, или на специальной регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

7.2 Требования к производственной среде

7.2.1Требования к освещению

Освещенность рабочего места оператора на рабочем столе в горизонтальной плоскости от общего искусственного освещения должна быть от 300 до 500 лк. Для освещения зоны расположения документов допускается установка светильников местного освещения. Отношение яркостей в зоне наблюдения (экран, документ, поверхность стола) должно быть не более 10:

1. В поле зрения инженера должны отсутствовать прямая и отраженная блескость. Для снижения блескости необходимо:

оборудовать светопроемы солнцезащитными устройствами (шторами, регулируемыми жалюзи, внешними козырьками и т.д.);

использовать для общего освещения светильники с рассеивателями и экранирующими решетками, яркость которых в зоне углов излучения более 50° от вертикали не должна превышать 250 кд/м2;

использовать для местного освещения светильники с непросвечивающим отражателем и защитным углом не менее 40";

размещать рабочий стол так, чтобы оконный проем находился сбоку (справа или слева), при этом дисплей должен располагаться на поверхности стола справа или слева от оператора;

размещать рабочий стол между рядами светильников общего освещения; - использовать дисплей, имеющий антибликовое покрытие экрана или антибликовый фильтр.

Согласно СНиП II-4-79 в помещений вычислительных центров необходимо

приме систему комбинированного освещения.

При выполнении работ средней зрительной точности (наименьший размер объекта различения 0,5-1,0 мм) КЕО должен быть не ниже 1,0%. В качестве источников искусственного освещения обычно используются люминесцентные лампы типа ЛБ или ДРЛ, которые попарно объединяются в светильники, которые должны располагаться над рабочими поверхностями равномерно [31].

Требования к освещенности в помещениях, где установлены компьютеры, следующие: при выполнении зрительных работ высокой точности общая освещенность должна составлять 300лк, а комбинированная - 750лк; аналогичные требования при выполнении работ средней точности - 200 и 300лк соответственно. Степень освещения помещения и яркость экрана должны быть примерно одинаковыми, т.к. яркий свет в районе периферийного зрения значительно увеличивает напряженность глаз и, как следствие, приводит к их быстрой утомляемости.

На рабочем месте оператора должна быть ограничена пульсация освещенности от газоразрядных источников света. Для ограничения пульсации освещенности следует использовать в светильниках с газоразрядными лампами высокочастотные пуско-регулирующие аппараты или включать лампы в многоламповых светильниках (или рядом расположенные светильники общего освещения) на разные фазы трехфазной сети и использовать преимущественно люминесцентные лампы белого света.

7.2.2 Расчет освещенности

Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека. Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда. Повышение рационального освещения рабочего места является одним из важнейших работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте инженера должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

· недостаточность освещенности;

· чрезмерная освещенность;

· неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Процесс работы инженера в таких условиях, когда естественное освещение недостаточно или отсутствует. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения.

Искусственное освещение выполняется посредством электрических источников света двух видов: ламп накаливания и люминесцентных ламп. Будем использовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют существенные преимущества:

· по спектральному составу света они близки к дневному, естественному освещению;

· обладают более высоким КПД (в 1.5-2 раза выше, чем КПД ламп накаливания);

· обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания);

· более длительный срок службы.

Рассчитаем естественную освещенность в зале технического обслуживания ТУЭ (рис.7.2).

Определим площадь световых проемов (остекления), размеры окон, их количество и размещение, если производственная комната размещена на четвертом этаже здания. На противоположной стороне улицы дома отсутствуют.

Длина комнаты А=12 м, ширина В=10 м, высота h=4,5 м.

Потолок побелен, стены покрашены бежево-серой краской, пол покрыт темно-коричневым линолеумом.

Необходимая площадь окон для создания нормированной естественной освещенности в производственной комнате, определяется выражением:

Рис.7.2 Схема зала технического обслуживания ТУЭ

где S_n - площадь пола,

S_пт - площадь потолка

S_ст - площадь стен

 - коэффициент световой характеристики окна, находится из соответствующей таблицы;

k - коэффициент учитывающий затенение окна противостоящими зданиями, так как у рассматриваемого проектируемого объекта противостоящие здания отсутствуют, то принимаем k=l.

rо - коэффициент светопропускания, находится по таблице значений общего коэффициента светопропускания.

Для окон со стальными двойными переплетами в помещениях категории Б (помещения без больших выделений пыли) и вертикальным расположением остекления rо = 0,4;

r1 - коэффициент, учитывающий влияние отраженного света при боковом освещении, определяется по таблице значений, соответствующего коэффициента.

lmin - минимальный (нормированный) коэффициент естественной освещенности, зависит от характера работы и определяется из таблицы нормированных значений КЕО в помещениях производственных зданий.

Работу в данной комнате следует отнести к работам чевертого разряда, т.е. к работам средней точности, так как сотрудникам необходимо различать элементы букв. Размер различения объекта 0,5 - 1,0 мм. Для таких помещений lmin=1,5. Учитывая, что проектируемый объект находится южнее 45 градусов северной широты, возьмем поправочный коэффициент 0,75. Тогда нормированной значение КЕО будет равно:

Предварительно необходимо определить параметр окна h1.

Для этого зададимся высотой окна ho =3 м, его размещением по отношению к уровню рабочей поверхности hpaб.

Под параметром h1 понимают возвышение верхнего края над горизонтальной рабочей поверхностью.

Из рисунка 7.2 видно, что h'=l м,

h1=ho+ h'-hраб.

Под уровнем рабочей поверхности hраб будем понимать возвышение верхнего края окна над горизонтальной рабочей поверхностью.

h1= 3+1-1,5=2,5м.

Отношение длины помещения А, к ширине В:

Отношение ширины помещения В, к параметру окна h1:

Теперь из таблицы значений световой характеристики окна находим значение коэффициента ƞo.

Величина r1 зависит от средневзвешенного коэффициента отражения света от ограждающих поверхностей помещения рср, который определяется по формуле:

 

При  и двустороннем освещении r1 = 1,7.

Определив все параметры, находим площадь остекления So:

Площадь остекления должна быть не менее 55,14 кв. м.

Зная высоту окна ho =3 м, зададимся шириной окна bo=1,5 м.

Тогда площадь одного окна S:

Необходимое количество окон:

 

Возьмем 12 окон, по 6 окон с каждой стороны по длине помещения с межоконным промежутком b^1:

 

7.2.3 Требования к шуму

Беспорядочное смешение звуков различной интенсивности и частоты принято считать шумом. Чрезмерный шум на производстве и в быту, уровень которого не соответствует существующим санитарным нормам, оказывает вредное влияние на организм человека: развивается тугоухость и глухоту, расшатывает центральную нервную систему. Вызывает головные боли и бессонницу, учащается пульс и дыхание, изменяется кровяное давление. Шум является причиной более быстрого, чем в нормальных условий, утомления и снижения работоспособности человека.

В помещениях где работают инженерно-технические работники, уровень шума не должен превышать 50 дБ. Печатающее оборудование, являющееся источником шума, следует устанавливать на звукопоглощающей поверхности автономно от рабочего места оператора. Если уровень шума на рабочем месте оператора превышает допустимый, то в помещении применяют звукопоглощающие покрытия, экраны или размещают печатающее оборудование вне помещения с дисплеем.

7.2.4 Требования к микроклимату

Микроклимат производственных помещений (табл.7.3) - метеорологические условия внутренней среды этих помещений, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха.

Температура воздуха оказывает существенное влияние на самочувствие и результаты труда человека. Низкая температура вызывает охлаждение организма и может способствовать возникновению простудных заболеваний. При высокой температуре возникает перегрев организма, что ведет к повышенному потоотделению и снижению работоспособности. Работник теряет внимание, что может стать причиной несчастного случая. Повышенная влажность воздуха затрудняет испарение влаги с поверхности кожи и лёгких, что ведет к нарушению терморегуляции организма и, как следствие. К ухудшению состояния человека и снижению работоспособности.

Скорость движения воздуха играет заметную роль в создании микроклимата в рабочей зоне. Человек начинает ощущать движение воздуха при скорости примерно 0,15 м/с. При этом действие воздушного потока зависит от его температуры. При температуре менее 36 градусов Цельсия поток оказывает на человека освежающее действие, а при температуре более 40 градусов Цельсия - неблагоприятное.

В производственных помещениях, в которых работа на ПК является основной (диспетчерские, операторские и т.д.), должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата.

7.2.5 Требования по электробезопасности

Электрические установки, к которым относится практически все оборудование ПК, представляют для человека потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением.

Специфическая опасность электроустановок - токоведущие проводники, корпуса ПК и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждают человека об опасности.

Таблица 7.3. Параметры микроклимата

Период года	Категория работ	Температура воздуха гр. С не более	Относительная влажность воздуха %	Скорость движения воздуха, м/с
холодный	Легкая - 1а	22-24	40-60	0,1
теплый	Легкая - 1а	23-25	40-60	0,1

 

Специфическая опасность электроустановок - токоведущие проводники, корпуса ПК и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждают человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при протекании последнего через тело человека. Электропитание ПК осуществляется от городской трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением U пит = 380/220 В. В таких сетях для защиты от пробоя на корпус применяется зануление.

Вывод: в этой части дипломного проекта были изложены требования к технике безопасности при работе с ПК. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме, были указаны оптимальные размеры рабочего стола и кресла, рабочей поверхности, а также проведен выбор системы и расчет оптимального освещения производственного помещения. Соблюдение условий, определяющих оптимальную организацию рабочего места инженера, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, что в свою очередь будет способствовать быстрейшей разработке и последующему внедрению новой технологии производства.

8. Заключение

На сегодняшний день перед руководством большинства операторов фиксированной связи остро стоит вопрос оптимального выбора архитектурных путей реконструкции и развития своих сетей. Связанно это, в первую очередь с тем, что открытый конкурентный рынок телекоммуникационных услуг заставляет операторов постоянно расширять номенклатуру предоставляемых услуг и, соответственно, модифицировать сети.

Внедрение на сети услуг, отличных от традиционной телефонии, приводит к развитию современной сетевой инфраструктуры. В телекоммуникациях активно позиционируются решения по построению сетей следующего поколения NGN (Next Generation Network), которые не вписываются в ранее применяемые подходы развития сетей связи.

Сети нового поколения определяются следующими характеристиками:

· передача трафика на базе пакетной коммутации;

· отделение друг от друга функций передачи и коммутации, функций управления вызовами и функций управления услугами;

· предоставление открытых интерфейсов для сервисных платформ третьих производителей;

· поддержка широкого набора услуг (включая услуги в реальном времени, потоковые, вне реального времени и мультимедиа);

· широкополосные возможности по передаче различного трафика данных с прозрачностью из конца в конец;

· взаимодействие с традиционными сетями;

· универсальная идентификация, т.е. пользователь, представляется оператору, как единое лицо, вне зависимости от используемых им технологий доступа;

· неограниченный доступ пользователей к конкурирующим провайдерам служб и/или службам по своему (пользователей) выбору.

Наиболее важным и затратным этаном перехода к сетям NGN для всех операторов связи является процесс интеграции "старой" гетерогенной сети, построенной по принципам коммутации каналов, с "новой" развивающейся NGN-сетью. Причем под интеграцией понимается не только обеспечение технического шлюзования трафика между "старой" и "новой" сетью, но и преемственность в отношении ранее созданных услуг.

Как и другие операторы МГТС столкнулось с необходимостью модернизации своих сетей на основе пакетных технологий. Причиной тому послужили следующие предпосылки:

· Технологии развиваются все быстрее; стоимость сетевых элементов пакетных сетей значительно снижается;

· Растут пользовательские запросы, услуг традиционной телефонии не достаточно;

· Рынок фиксированной связи атакован операторами мобильной связи и провайдерами голосовых IР-услуг.

· Появление конкуренции привело к значительному снижению тарифов на услуги связи.

· Пакетные решения в области IP-телефонии все более заметно влияют на традиционную бизнес-модель операторов фиксированной связи, что приводит в состояние высокого риска и низкой доходности.

В дипломном проекте разработана структура сети с пакетной коммутацией на примере района московской городской телефонной сети. Определен состав аппаратуры, исследованы используемые технологии, рассмотрена экономическая целесообразность перехода с сети с коммутацией каналов на сеть с коммутацией пакетов.

9. Список литературы

1. Летников А.И., Пшеничников А.П. Системный подход к решению проблемы реконструкции Московской городской телефонной сети // Электросвязь, № X, 2007.

2. Васильев А.Б., Соловьев С.П., Кучерявый А.Е. Системно - сетевые решения по внедрению технологии NGN на российских сетях связи. Электросвязь, N3, 2005.

3. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. - М.: Радио и связь, 1985.

4. Садовский В.Н. Основания общей теории систем. М.: Наука, 1974.

5. Месарович М., Мако Д., Такахара Н., Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973.

6. Гольцов А.В. Эволюция сети МГТС. Электросвязь, N9, 2005.

7. Летников А.И. Основные направления развития сети сигнализации ОКС - 7 ОАО МГТС. Электросвязь, N11, 2005.

8. Бакланов И.Г. Технологии ADSL/ADSL 2+: Теория и практика применения. - М.: Метротек, 2007. - 384с. ил - (Сер. Системы эксплуатации связи)

9. Предлагаемые этапы реконструкции и развития сети ОАО "МГТС". Управление технического развития ОАО "МГТС", 2005.

10. Гольдштейн Б.С. "Протоколы сети доступа", 2005 г. Издательство "БХВ-Петербург"

11. Российская система и план нумерации. Утверждены приказом Мининформсвязи России № 192 от 17 ноября 2006гю - htth: // www.minsvyaz.ru.

12. Всемирный саммит по вопросам информационного общества. Первый этап. - Электросвязь. - 2004. - №1.

13. Итоги первого этапа Всемирной встречи на высшем уровне Вестник связи. - 2004. - №5.

14. Всемирная встреча на высшем уровне по вопросам информационного общества. - http://www.minsvyaz.ru.

15. Всемирная встреча на высшем уровне по вопросам информационного общества. Тунис, 2005г. - www.itu. int/wsis.

16. Ластович Б. Телекоммуникации в Европе: шесть условий для вступления в 21 век. - Алло! - 1998. - №6.

17. Пшеничников А.П. Проблемы информатизации общества и развитие средств электросвязи. - Электросвязь. - 1991. - №2.

18. Наука и высокие технологии России на рубеже третьего тысячелетия (социально-экономические аспекты развития). - Руководители авт. колл. В.Л. Макаров, А.Е. Варшавский. - М.: Наука, 2001.

19. Юнг Ф. Перспективы развития инфокоммуникаций. - СПб.: Петеркон, 2003.

20. Етрухи Н.Н. Первые рекомендации МСЭ-Т о сетях следующего поколения. - Информ Курьер Связь. - 2005. - №6.

21. Гольцов А.В., Дедоборщ В.Г. Взаимозависимость темпов реконструкции сети и освоения технологий новых услуг. Электросвязь, N11, 2006.

22. Олветин В. Структура и реализация современной технологии MPLS.: Пер. с англ. - Издательский дом "Вильямс", 2004.

23. Концентуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России. <http://www.minsvyaz.ru>.

24. Нурмиев М.Х. NGN - потребности и тенденции. - Информ Курьер Связь. - 2004, №2.

25. Харитонов В.Х. Мультисервисная сеть и методы коммутации. - Электросвязь. - 2004, №1.

26. Нетес В.А. Мультисервисные сети: сумма технологий. - Электросвязь. - 2004, №9.

27. Соколов Н.А. Телекоммуникационные сети. Эволюция инфокоммуникационной системы - М.: Альваре Пабдишинг, 2004.

28. Шалагинов А.В. Миграция к NGN: стратегия, тактика, практика. - Информ Курьер Связь. - 2005. - №9.

29. Брусиловский С.А., Копылов Д.А. Конвергенция интеллектуальной сети и сети следующего поколения. - Информ Курьер Связь. - 2004. - №2.

30. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. - Энергоатомиздат - 1985 - №6