CC BY
12Вестник магистратуры. 2Q16. № 12-4(63).
ISSN 2223-4047
УДК 004.7
В.С. Шалугин
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ В СЕТЯХ FTTb
Рассмотрен и обобщен опыт развертывания и реконструкции технологических сетей связи на базе использования волоконно-оптического кабеля, а также возможности оптимизации пропускной способности при обрыве волоконно-оптического кабеля и переключения потоков на резервные каналы связи.
Ключевые слова: FTTb, мультисервисная сеть, xDSL, волоконно-оптический кабель, резервирование каналов связи, пропускная способность каналов.
В настоящее время ряд операторов объявили тендеры на строительство FTTb сетей. Качество обслуживания и получаемый доход оператора во многом зависит от того, насколько качественно он поставляет услуги по предоставлению доступа к сети. Главным образом, это зависит от результатов, полученных на этапе проектирования сети. Ошибка, совершенная на данном этапе впоследствии может привести к существенным затратам на её исправление.
При проведении проектных работ возникает необходимость выполнения оценочных расчетов, например, следует знать, как изменятся характеристики сети при обрыве оптического кабеля и перехода на резервный канал меньшей пропускной способности.
Современные телекоммуникационные сети относятся к классу сложных систем. От того, насколько качественно на этапе проектирования выполнен системный анализ, во многом зависят показатели ка-честваобслуживания клиентов, а также тот доход, который получит оператор от предоставления услуг.
Характерной особенностью большинства сетей традиционных операторов является совместное использование устаревших сетевых технологий, ориентированных на коммутацию каналов и новых технологий, использующих коммутацию пакетов.
Одним из перспективных направлений развития компаний является предоставление услуг широкополосного доступа.
Архитектура сети описывается в рекомендациях Broadband Forum. Broadband Forum - некоммерческая организация, ориентированная на сети широкополосного доступа. К сожалению, переводы этих стандартов отсутствуют, поэтому при описании архитектуры сетей требуется использование оригинальных источников на английском языке.
Данная организация в 2006 году разработала документ TR-101 «Migration to Ethernet-Based Broadband Aggregation» в нем описывается переход от асинхронного способа передачи данных к передаче с использованием технологии Ethernet.
Следующим документом было дополнение к TR-101, называемое TR-156 «Using GPON Access in the context of TR-101», в нем находится описание технологии PON - технологии пассивных оптических сетей. Благодаря этому появилось возможность поставлять пользователям услуги телевидения IPTV и телефонии VoIP. Появился термин Triple-Play.
Документ TR-145 «Multi-service Broadband Network Functional Modules and Architecture» был разработан в 2009 году, в нем предполагается предоставление услуг Triple-Play по технологиям VDSL, FTTx и PON с помощью передачи данных с помощью меток MPLS [2].
Узлы доступа разделяют на уровни в зависимости от их отдаления от сети агрегации. Например, в случае предоставления сетевых услуг для офисного центра, узел доступа может находиться как в самом офисе, так и за несколько километров от него.
Сетью широкополосного доступа считается сеть, обеспечивающая скорость более 128 кбит/с. Данный термин ввели во времена dial-up, когда доступ в сеть Интернет осуществлялся с помощью модема, подключенного к телефонной сети, при этом достигалась максимальная скорость в 56 кбит/с. Постепенно технология dial-up замещалась технологией xDSL, позволяющей достичь более высоких скоростей. Например, с помощью технологии ADSL2+ пользователь может скачивать данные со скоростью 24 Мбит/с. При использовании данной технологии также используется телефонная линия, но вместе с этим есть возможность пользоваться телефоном и интернетом одновременно.
В основном, при построении любых сетей ШПД выделяют несколько уровней сети:
© Шалугин В.С., 2016.
а) магистральный уровень;
б)сервисный уровень;
в) уровень агрегации;
г) уровень доступа.
Уровень доступа обеспечивает физическое подключение пользователя к сети. Подключение может быть как проводным, так и беспроводным.
Проводной технологией доступа ШПД считается подключение, использующее проводное соединение (медный или оптоволоконный кабель).
Наиболее предпочтительной технологией по скорости доступа является FTTx (Fiber to the x) - оптическое волокно проводится до некоторой точки «х». Возможно использование различных архитектур в зависимости от того, до какого места будет доходить оптоволокно, далее от этой точки проводится медный кабель. Самой перспективной считается - FTTH, обеспечивающая наибольшую полосу пропускания, массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи, скорость доступа для абонента до нескольких гигабит в секунду, что вполне приемлемо на ближайшую перспективу. Для предоставления мультисервисных услуг FTTх хорошо сочетается с xDSL [3].
Использование оптоволокна позволяет строить сети большой пропускной способностью, что, в свою очередь, дает возможность предоставлять широкий спектр услуг, в том числе и широкополосные, включая видеотелефонию и видеоконференции.
Обрыв ВОК в одном месте обычно приводит к нарушению связности сети, поэтому наличие резервных каналов является обязательным условиям функционирования сети. Поскольку аренда и простой высокоскоростных каналов являются дорогостоящими, то обычно ограничиваются резервированием каналов с пропускной способностью порядка нескольких Мбит/с. Чаще резервирования осуществляется при помощи ресурсов сетей общего пользования. Таким образом, обрыв ВОК на каком-то участке может привести к тому, то пропускная способность на этом участке уменьшится на несколько порядков с 1 или 10 Гбит/с до значений порядка 2,048 Мбит/с или в лучшем случае 10 Мбит/с.
Из теории массового обслуживания известно, что важнейшим параметром, характеризующим степень загрузки канала, является уровень загрузки, который описывается формулой:
Х-1 р = —.
c
При этом, уровень загрузки не должен превышать 1, поскольку, как следует из теории массового обслуживания, при этом будут наблюдаться массовые потери пакетов, а задержки будут лавинообразно расти. На реально работающих сетях общего пользования обычно не превышает 0,5-0,7 [1].
Для определенности рассмотрим участок сети ШПД между УД и УА. Если зафиксировать некоторый допустимый уровень р =0,5-0,7, то как следует из приведенной формулы, при уменьшении знаменателя в N раз, в это же число раз необходимо уменьшить и числитель, а это возможно, уменьшая интенсивность или размер пакета.
Рассмотрим ситуацию, когда провайдер предоставляет подключение до узла доступа с помощью оптоволоконного кабеля, на скорости 1 Гбит/с. При этом, имеются резервные каналы с различными величинами пропускной способности: 100 Мбит/с, 10 Мбит/с, 2 Мбит/с. Происходит обрыв основного оптического кабеля и в целях недопущения отключения пользователей от сети, осуществляется переход на резервный канал.
Рис. 1. Подключение от узла доступа до узла доступа
Вестник магистратуры. 2016. № 12-4(63).
ISSN 2223-4047
При проведении проектных работ возникает необходимость выполнения оценочных расчетов, например, следует знать, как изменятся характеристики сети при обрыве оптического кабеля и перехода на резервный канал меньшей пропускной способности.
В целях исследования, модель узла доступа можно представить как систему массового обслуживания (СМО) с простейшими потоками.
При проведении данной исследовательской работы, были получены результаты. Сравнивая данные результаты, были построены графики, показывающие изменение характеристики сети.
0 101 ю2 Ю" 10* юа
Рис. 2. Зависимости задержек от интенсивности поступления пакетов (масштаб логарифмический)
На графике показана зависимость задержки от интенсивности поступления пакетов в логарифмическом масштабе.
На оси абсцисс располагается значения интенсивности, с которой поступают пакеты, на оси ординат - средние задержки пакетов. На графике изображены характеристики четырех каналов с различными пропускными способностями. Следует заметить, что при одинаковой длине пакета и разной пропускной способности величина времени задержек зависит от длины пакета, чем меньше пакет, тем меньше задержки. Уменьшение времени задержек особенно требуется для 1Р-телефонии или видеосвязи, где задержки особенно чувствуются и приводят к неудобствам пользователей. При данном виде связи требуется примерно одинаковая скорость передачи во все моменты времени. Потоки ограничены временем вызова и являются двунаправленными, то есть поступают как от пользователя, подключенного к этому узлу, так и к нему. Для использования электронной почты задержки в несколько секунд не будут доставлять пользователям неудобства.
Следующий график (Рис. 3) показывает вероятность потери пакета, который пришел на обслуживание в буфер, места в котором ограничены. График выполнен в логарифмическом масштабе.
Рис. 3. Зависимости потерь от интенсивности поступления пакетов (масштаб логарифмический)
На оси абсцисс расположены значения интенсивности, с которой поступают пакеты в узел доступа. На оси ординат вероятность, с которой пакет может быть отброшен. Исследуются пакеты длиной 1500 Кбайт, что равно максимальной длине пакета Ethernet.
Можно заметить, что вероятность потери пакета зависит от пропускной способности канала и интенсивности поступления пакетов. Чем выше пропускная способность, тем больше требуется интенсивность поступления пакетов для того, чтобы пакет был отброшен.
На основе построенных графиков можно выбрать оптимальный канал связи между узлом доступа и узлом агрегации.
Библиографический список
1. Гавлиевский С.Л. Методы анализа мультивервисных сетей связи с несколькими классами обслуживания. М.: ИРИАС, 2010. 365 с.
2. Типовые решения построения сети широкополосного доступа 3PLAY [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.juniper.com.
3. Карташевский В.Г. Основы теории массового обслуживания. М.: Радио и связь, 2006. 107 с.
ШАЛУГИН ВЯЧЕСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ- магистрант, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Россия
