CC BY
34
УДК 681.3:658.56
111
pi
¡11
II i
В
■ 1!
1 ¡||
ш
ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ БАЗОВЫХ СТРУКТУР ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
С.Г.Еслямов
Павлодарский государственный университет
им. С.Торайгырова
М.Ф.Баймухамедов
Костанайский государственный университет им. А.Байтурсынова
Matyznada тшмдЫгг жогарылатылган ацпараттьщ телгбайланыс жуйелгрш куруга ыкрал ететт квптеген мэсетлгр шецбермде свз крзгалган.
Рассматривается широкий круг проблем, решение которых обеспечивает построение эффективных по своему назначению инфо рмационно-телекоммуникационных систем.
The article considers a broad circle ofproblems, the solution of which will provide the building of efficient information-telecommunication systems.
В соответствии с принятой классификацией [1] под крупномасштабной ИТС понимается базовая (транспортная) сеть для передачи данных с предоставлением услуг ее абонентам, расположенным на большой территории.
Под транспортной сетью (сеть передачи данных) ИТС понимаются соединенные в определенной схеме элементы коммутации данных и элементы, осуществляющие предоставление информационных услуг [1].
Под информационными услугами понимается предоставление
возможностей абонентам ИТС передачи данных между пользователями сети, их доступа к информационным ресурсам как областного формирования, так и другим ресурсам глобальных сетей.
В процессе проектирования крупномасштабных ИТС необходимо решение следующих задач [2]:
- определение топологии и структуры транспортной сети передачи данных (СПД);
- выбор средств и методов коммутации данных;
- определение и реализация услуг ТКС;
- решение ряда организационных и технических проблем.
Решение сформулированных задач обеспечивает построение эффективной по своему назначению ИТС.
При проектировании ТКС целесообразно ориентироваться на телефонные ТЧ и каналы связи первичной сети. В то же время целесообразно рассматривать возможность использования цифровых каналов (ИКМ аппаратура), особенно при топологии сети с базовой подсетью.
Возможность использования аппаратуры ИКМ для организации цифровой связи будет определяться наличием в уже установленной аппаратуре средств реализации протокола 0703. При отсутствии этой возможности аппаратура ИКМ будет использоваться в штатном режиме путем использования ТЧ каналов
Скорость передачи данных в базовой подсети, а также на канатах абонентской привязки (ПАД-ЦКП) должна определяться объемом передав аемой/принимаемой ин форма-ции.
При выборе топологии транспортной сети необходимо учитывать пространственное расположение узлов коммутации данных, а также требуемые характеристики надежности сети. Топология транспортной сети во многом определяет возможность ее структурной надежности. В связи с этим целесообразно проанализировать реализацию различных вариантов соединения коммутационных элементов, в том числе при создании базовой сети.
Для связи узлов коммутации данных между собой целесообразно использовать минимальное количество каналов первичной связи, при их минимальной протяженности. В этом случае стоимость арендуемых каналов первичной сети будет минимальна.
В настоящее время все крупномасштабные ИТК строятся на основе использования выделенных телефонных каналов и коммутируемых каналов телефонной сети общего пользования. При этом выделенные каналы используются для связи ЦКП между собой, а также для связи ЦКП с ПАДами, в то время как для привязки абонентов используются каналы обоих типов [3].
Опьгг построения крупномасштабных ИТС показывает, что в базовой сети целесообразно использовать каналы связи с четырехпро-водным окончанием, в то время как каналы связи абонентской привязки возможно использовать и двухпроводные. Этим достигается повышение надежности сети коллективного пользования.
Среди существующих методов передачи данных - по протоколу Х.25, ретрансляция кадров (Frame Relay), ATM - на первом этапе создания транспортной сети целесообразно ориентироваться на метод передачи по протоколу Х.25. В основном, это определяется отработанностью данного протокола, а также сравнительно невысокими требованиями реализующей его аппаратуре, надежности каналов связи и, как следствие, стоимости создания транспортной сети.
Для организации доступа к высокоскоростным зарубежным сетям связи, а также повышения уровня структурной надежности транспортной сети целесообразно в ее составе иметь спутниковый сегмент, узлы которого должны осуществлять коммутацию данных для подключенных абонентов с соответствующими требованиями.
Выбор скорости передачи данных в каналах связи абонентской привязки (абонент - ПАД, ЦКП) между ПАД и ЦКП, ЦКП-ЦКП должен определяться на основе расчета трафика в сети передачи данных, а также требованиями абонентов сети к времени передачи данных.
При выборе средств коммутации данных (ЦКП, ПАД, шлюзы, маршрутизаторы) целесообразно ориентироваться на технические средства отечественного производства, отвечающие требуемым характеристикам по производительности, надежности, стоимости. Целесообразно рассмотреть возможность использования изготовляемых на территории Республики Казахстан и России аппаратных и программных средств для создания ИТС.
Номенклатура предоставляемых ИТС информационных услуг должна быть достаточно разнообразной и применительно к региону может быть сведена к следующим видам:
- передача данных между абонентами сети АТ-50 (телекс) и абонентами, подключенными к транспортной сети;
- электронная почта по стандарту Х.400;
- передача данных (виртуальный терминал) между абонентами;
- доступ абонентов к другим сетям передачи данных и информационным системам, включая зарубежные;
- доступ к базам данных (административных информационных систем и коммерческим базам данных).
Управление функционированием ИТС должно осуществляться с единого административного пункта управления, расположенного на территории области. В составе программных средств управления должны быть предусмотрены средства для управления коммутационными элементами, сбора и обработки тарификационной информации.
Обычно в каждом регионе сеть уникальна в том смысле, что она имеет свою топологию, свои особенности характеристик каналов связи, требований абонентов к услугам и ТС. Кроме того, ИТС нельзя рассматривать как статический комплекс. Необходимо учитывать, что возможны отказы отдельных каналов связи, коммутирующих элементов, необходимо предусматривать изменения топологии сети за счет добавления новых коммутирующих элементов (расширение сети). Следует также ориентироваться на то, что возможно изменение состава абонентов сети - подключение новых абонентов/исключение имеющихся.
Между абонентами ИТС может передаваться как открытая, так и закрытая (конфиденциальная) информация. В связи с этим должна
быть предусмотрена возможность создания закрытых групп абонентов средствами пункта управления сетью и коммутационных элементов.
Пункт управления сетью должен находиться на контролируемой (охраняемой) территории и в составе его программных средств должны быть предусмотрены средства, документирующие все действия по управлению сетью. При этом должны быть предусмотрены средства разграничения доступа к программному обеспечению по управлению сетью.
Закрытие информации (шифрование) должно осуществляться абонентскими средствами.
В составе ИТС наибольшую стоимость составляет транспортная сеть - каналы первичной связи и коммутационное оборудование. Поэтому вопросам проектирования технологической структуры сети передачи данных (СПД) должно уделяться первостепенное значение.
Под топологией ТКС понимается пространственное расположение объектов коммутации данных, а также связи между ними. Привязка объектов коммутации к конкретным каналам связи проводится на стадии технического проектирования.
Анализ циркулирующих потоков информации между потенциальными абонентами информационно-телекоммуникационных систем в различных регионах показывает;
- региональные сети обслуживают значительный трафик от большого числа абонентов;
- абоненты, как правило,
территориально-равномерно распределены внутри районов;
- информация передается в основном на небольшие расстояния;
- абонентами используется разнообразный парк оконечного оборудования (в том числе, разнообразные ЛВС);
- необходим учет специфики состояния каналов связи внутри региона.
В связи с этим для обеспечения суммарно большого, но сильно распределенного трафика:
- региональные крупномасштабные сети целесообразно создавать на основе малоканального, имеющего малую или среднюю производительность оборудования;
- особое внимание уделять проектированию топологии сети;
- должна быть применена достаточно сложная, «доходящая до мелочей» система управления и администрирования.
Для обеспечения подключения разнообразного парка оборудования, учета специфики каналов и каналообразующего и коммутационного (АТС, АТ-50) оборудования требуется:
использование большого числа модификаций оборудования (или составляющих его элементов);
модификация и настройка имеющегося оборудования;
использование элементов, не имеющих отечественных аналогов (зарубежных).
Для организации сети требуется большое количество каналов
связи, имеющих малую (2400 - 9600 бит/с) или среднюю (до 28800 бит/с) пропускную способность, т.е. целесообразно ориентироваться на использование возможностей телефонных сетей общего пользования. Проведенный анализ уже выполненных разработок крупномасштабных и региональных сетей показывает, что целесообразно рассматривать следующие варианты построения структуры сети: радиально-узловая сеть с двумя равноправными узлами; иерархическая сеть с одним главным узлом и несколькими подчиненными узлами; сеть, использующая телефонную сеть общего пользования и сеть АТ-50; сеть с использованием базовой транспортной подсети. Реализация полносвязной и радиальной сетей в масштабах области нецелесообразна по экономическим причинам, так как при таком построении затраты на аренду каналов связи будут слишком велики
На рис.1 показаны перечисленные варианты построения крупномасштабных ИТС.
Рассмотрим достоинства и недостатки перечисленных выше подходов. Построение информационной сети с использованием существующих коммутируемых каналов телефонной сети общего пользования и сети абонентского телеграфирования АТ-50.
Достоинством такой сети являются низкие затраты на ее создание и эксплуатацию, а также быстрота развертывания. При таком подходе достаточно приобрести модемы для работы по коммутируемой телефонной сети и коммуника-
ционные программы и можно начинать обмен данными между компьютерами. Однако недостатки такого подхода оказываются весьма существенными. Прежде всего, сеть ТФОП предназначена для обмена речевой информацией, а не данными. Кроме того, в регионах Республики Казахстан, как правило, сеть ТФОП имеет очень низкое качество. Абсолютное большинство АТС работает на основе устаревшего электронно-механического оборудования. Современные квази-электрон-ные или электронные АТС имеются в регионах в единичных количествах. В результате низкого качества каналов время установления соединения велико, скорость и надежность информационного обмена при ориентации на использование каналов ТФОП в масштабе региона очень мала.
Обмен по коммутируемы« каналам сети ТФОП реально можг~ происходить со скоростью не болж 2400 бит/с, что явно недостаток для реализации некоторых инф:-~ мационных услуг, например, до'сг-па к базам данных в реальном масштабе времени. Все это привод:»'™ ш тому, что получение информаииг Ш баз данных и обмен деловой ни формацией между абонентами вится длительным и утомитгг.ь занятием. Сеть АТ-50 имеет кое распространение ввиду шсайв стоимости оконечных средств 11» нако эта сеть имеет два серьяак« недостатка. Во-первых, низкгл :яг.>
рость передачи информации, нзгэт.....
емлемая для многих приложена;- а во-вторых, плохой сервис. Изм^ата.
цкп
цкп
а • • • а
-1
цкп
а • • • а
ЦКП
а • • • а
ЦКП
ЦКП
А ■ ■ ■ А
оконченные
элементы сети (ПАД или ЦКП)
абоненты
а • • • а
а) Радиально-узловая структура
ЦКП
Сетевой элемент 1-го уровня (цкп)
ЦКП
ПАД
Сетевой элемент 2-го уровня (ПАД или ЦКП)
а • • • а
А • • • А
б) Иерархическая структу ра
а "
А
А
а '
а
а
ЦКП
ЦКП
цкп цкп
I
цкп ' ЦКП :
ЦКП
цкп
Г А А А
Г а
А А
в) Структура с базовой сетью
Рис. 1. Варианты структур построения крупномасштабных ИТС
это положение можно только путем построения специальных информационно-телекоммуникационных сетей.
Построение региональной информационно-телекоммуникационной сети на основе коммутации пакетов.
На рис.2 представлена структура региональной телекоммуникационной сети как радиально-узло-вой сети с двумя равноправными узлами.
Достоинством такой структуры является простота реализации функций управления сетью. В ней очень просто решается проблема маршрутизации потоков сообщений, контроля за прохождением сообщений, учета сообщений. Недостатком такого варианта построения является низкая надежность сети. При отказе любого из узлов
теряется связь со всеми абонентами, подключенными к этому узлу. Однако основной недостаток такого подхода - это его невысокие экономические показатели. При реализации этого варианта построения сети все районы разбиваются на две группы и необходимо организовать канал связи между сетевыми комплексами в районах и узловыми центрами, к которым соответствующие комплексы в райцентрах подсоединены. Поэтому в условиях области придется организовать довольно большое число (около двух третей всех каналов) выделенных каналов протяженностью от 100 до 600 км, которые в три раза дороже, чем каналы протяженностью до 100 км. Такой вариант структуры экономически непригоден для построения региональных ИТС.
Построение региональной сети с одним главным узлом и несколькими подчиненными
Рассмотрим вариант построения региональной сети как иерархической структуры с одним главным узлом и несколькими подчиненными. На таких принципах строятся сети передачи данных РОСПАК и ТЕКОС.
Структурная схема построения сети для региона на этих принципах показана на рис.3. Такой вариант построения сети позволяет строить разветвленные телекоммуникационные сети и упрощает построение системы управления. Однако надежность таких сетей ввиду отсутствия резервных путей прохождения информации также сильно за-
висит от надежности коммутационных узлов в сети. Данная структура принята для реализации в сети РОСПАК. Опыт эксплуатации отдельных фрагментов этой сети показал, что по экономическим и надежностным показателям структуру сети, принятую в сети РОСПАК, целесообразно использовать для построения региональной телекоммуникационной сети.
Радиально-узловая структура ведет к созданию громоздких, избыточных по емкости комплексов, которые в условиях региона нерентабельны.
А А А А А А А А А А А А
районные центры
Рис.2. Раднально-узловая структура РИТКС
Областной центр
Рис.3. Иерархическая структура РИТКС
Рис. 4. Структура РИТКС с базовой сетью
Построение региональной сети с транспортной подсетью передачи данных
Построение информационно-телекоммуникационных сетей, в том числе на основе коммутации пакетов, во многом определяется возможностями как коммутационных, так и управляющих элементов - центров коммутации пакетов (ЦКП), пакетных адаптеров данных (ПАД) и пункта управления сетью.
При таком подходе можно построить базовую сеть передачи данных с достаточно большим количеством обходных путей, что позволит обеспечить высокую надежность на основе каналов связи, которые существуют в регионах. Наличие базовой сети позволяет также обеспечить подключение большей части комплексов, расположенных в районных центрах, к ЦКП по выделенным каналам протяженностью до 100 км, что позволит значительно снизить расходы на прокладку каналов связи. На рис.4 показана структура региональной компьютерной сети с базовой транспортной сетью.
Интегральный анализ вариантов построения региональных ИТС показывает следующие достоинства и недостатки рассмотренных вариантов построения сети:
построение ИТС как ра-диально-узловой сети не обеспечивает достаточно высокую надежность сети, а также является невы-
годным по стоимости, ввиду того что по оценке около двух третей выделенных каналов будет иметь протяженность от 100 до 600 км;
создание региональной телекоммуникационной сети на основе коммутируемой телефонной сети общего пользования требует больших затрат на создание сети, но при этом будут обеспечиваться очень невысокие показатели по времени и достоверности доведения информации;
построение ИТС как иерархической структуры при эксплуатации не обеспечит необходимый уровень надежности в сети.
Исходя из вышеизложенного, наиболее оптимальным вариантом является построение региональной информационно-телекоммуникационной сети на основе создания базовой телекоммуникационной сети. Этот вариант является наиболее экономичным из всех вариантов построения компьютерной сети, обеспечивающим хорошие значения показателей функционирования по времени, надежности и достоверности обмена информацией, соответствующие значениям аналогичных показателей сетей передачи данных, построенных на основе зарубежных аппаратно-программных средств.
