CC BY
47
Электротехника
УДК 004.732/.733(571.63)
В.П. Аксенов, С.В. Горовой, Е.А. Кудрин
АКСЕНОВ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ - доцент кафедры электроники и средств связи Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Суханова ул., 8, Владивосток, 690950. E-mail: aksenov_vp@aport2000.ru
ГОРОВОЙ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ - доцент кафедры приборостроения Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Суханова ул., 8, Владивосток, 690950. E-mail: GorovoySV@mail.ru КУДРИН ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - начальник службы связи и телемеханики (Дальполиметалл, Дальнегорск). Пр-т 50 лет Октября, 93, Дальнегорск, Приморский край, 692446. E-mail: zheka.8484@list.ru
Оценка качества телекоммуникационной сети предприятия «Дальполиметалл»
В данной статье проводится анализ работы локальной сети Ethernet в Дальнегорске, оказывающей услуги только сотрудникам этого предприятия на территории города.
Модернизация телекоммуникационной сети горно-металлургического комплекса Дальполиметалл», которая проводится в настоящее время для подключения нового сетевого оборудования, предполагает оценку качества обслуживания сотрудников на территории горнометаллургического комплекса с учетом увеличения нагрузки и автоматизации сбора данных, управления объектами с помощью устанавливаемых дополнительных приложений.
Рассчитываются показатели качества работы существующей телекоммуникационной сети предприятия для подключения системы видеонаблюдения и автоматизированной системы учета электроэнергии «Спрут-М». В качестве критериев качества локальной сети предприятия используются расчетные величины потери пакетов и односторонней задержки пакетов в узлах сети. Полученные численные значения этих параметров применяются для принятия решения о внесении изменений в оборудование отдельных узлов локальной сети.
Ключевые слова: показатель качества, пропускная способность, коммутатор, локальная сеть, сеть Ethernet, потеря пакета, задержка пакета, замена оборудования.
Введение
Созданная несколько лет тому назад информационная сеть горно-металлургического комплекса Дальполиметалл» (ГМК) обслуживает в настоящее время более десятка отделов и участков, расположенных на расстоянии нескольких километров друг от друга. Это усложняет обмен данными между ними по локальной сети и делает актуальным вопрос построения сетевой инфраструктуры внутри предприятия. В структуре управления предприятия ГМК локальной сетью Ethernet обслуживаются две основные подсистемы автоматизации - подсистема организационно-экономического управления и подсистема организационно-технического управления.
© Аксенов В.П., Горовой С.В., Кудрин Е.А., 2015
Подключение к работающей сети Ethernet предприятия двух новых сетевых элементов, состоящих из системы видеонаблюдения и системы автоматизированного учета расхода электроэнергии, привело к перегрузке сети и существенному снижению скорости передачи данных в подсистемах организационно-экономического управления и организационно-технического управления. Пропускная способность сети оказалась недостаточной для бесперебойной работы центральных и периферийных узлов ГМК.
Целью статьи является анализ возможных изменений в магистральной подсистеме структурированной кабельной системы предприятия для достижения необходимого качества обслуживания с учетом подключения новых сетевых элементов видеонаблюдения и учета электроэнергии. Модернизация сетевого оборудования не должна привести к остановке служб предприятия. Поэтому изменения не должны кардинально менять топологию и структуру сети. Коррекция допустима только на магистральных участках.
Магистральная кабельная система первого уровня состоит из внешних кабельных магистралей и непосредственно подключённого к ним коммутационного оборудования. Она связывает в единую сеть отдельные здания, расположенные на общей для пользователей сети территории ГМК и обеспечивает выход телекоммуникационной сети во внешнюю сеть.
Подключение новых элементов и каналов связи к сети предприятия
Структурная схема работающей телекоммуникационной сети предприятия на основе коммутаторов приведена на рис. 1. Структура корпоративной сети соответствует обобщенной структуре телекоммуникационной сети. Во всех отделах горно-металлургического комплекса установлены проводные коммутаторы Ethernet с различным количеством портов и разной пропускной способностью - 10 Мбит/с, 100 Мбит/с (Fast Ethernet) и 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet).
Новым подключаемым элементом сети является автоматизированная система учета расхода электроэнергии «Спрут-М». Программно-технический комплекс УСПД «Спрут-М» выпускается компанией «ПНП Автоматика», г. Екатеринбург. Программно-технический комплекс УСПД (устройство сбора и передачи данных) предназначен для измерения и учета электрической энергии и мощности, а также для автоматического сбора, накопления, обработки, хранения и отображения полученной информации.
Данные измерений электросчетчиков поступают в локальную сеть Ethernet по низкоскоростным интерфейсам RS485, RS232 и передаются между узлами сети ГМК по магистральным каналам телекоммуникационной сети предприятия. АСУ «Спрут-М» создает незначительную нагрузку по сравнению с системой видеонаблюдения. Но аппаратура автоматизированной системы создает возможность подключения компонентов как к локальной сети Ethernet, так и к внешним сетям сотовых компаний по радиоканалу GPRS.
Резервные каналы связи через сеть радиодоступа GPRS планируется подключить по радиоканалу, арендуемому в сотовой компании. Аппаратура, необходимая для подключения канала GPRS, входит в комплект поставки программно-аппаратного модуля АСУ «Спрут-М». Радиоканал также должен обеспечить подключение отдельных служб ГМК к интернету.
Важнейшей составляющей этой системы являются телекоммуникационные каналы связи. Отсутствие каналов связи или их неудовлетворительное состояние может стать сдерживающим фактором внедрения системы контроля энергопотребления и малоэффективного использования комплекса в целом. Выбор каналов связи, а также подбор оборудования должны производиться на стадии проектирования системы с учётом требований обеспечения служебной и технологической связи с объектами.
На рис. 2 показано подключение контроллеров УСПД «Спрут-М» к сети предприятия, данные измерений которых отображаются на рабочих местах диспетчеров АСУ «Прогтех» (Москва). Цифровые данные от контроллеров могут передаваться как по проводным каналам связи Ethernet, так и с помощью радиоканалов GPRS сотовых компаний. Автоматизированная система широкого назначения Прогтех внедряется на предприятии «Дальполиметалл» для учета, контроля и регулирования расхода электроэнергии.
осс
10/100Mbps Ethernet
ТЕН2400М
Сеть интернет
Хим. лаборатория
УСПД УНО-2 (GPRS)
Управление
24-портовый коммутатор Gigabit Ethernet TEG1024D
ЦОФ
8-портовый коммутатор Gigabit Ethernet TEG1008
ЦТТ
УСПД УНО-2 (GPRS)
Рудник «2 Советский»
10/100Mbps Ether-netTEH2400M
УКК
10/100Mbps Ethernet
TEH2400M
Рудник «Верхний» 10/100 Mbps
Ethernet TEH2400M
ЖДЦ
10/100Mbps
Ethernet TEH2400M
ЦРМЦ
10/100Mbps
Ethernet TEH2400M
СЦСО
10/100 Mbps Ethernet
TEH2400M
Рудник «Николаевский»
8-портовый коммутатор Gigabit Ethernet TEG1008
Рис. 1. Расположение коммутаторов Ethernet в телекоммуникационной сети. ОСС - охранно-сторожевая служба, ЦТТ - цех технологического транспорта, ЦОФ - центральная обогатительная фабрика, УКК -учебно-курсовой корпус, ЦРМЦ - центральный ремонтно-механический цех, ЖДЦ - железнодорожный цех, СЦСО - специализированный цех сервисного обслуживания, УСПД - устройство сбора и передачи данных
Рис. 2. Система автоматизации и диспетчерского контроля потребления энергоресурсов Прогтех
Основными функциями комплекса УСПД являются сбор текущих и архивных данных с приборов учета электрической энергии, автоматическое и ручное отключение потребителей, охрана объектов мониторинга, мониторинг различных параметров (температуры, напряжения, тока и т.п.), организация каналов дистанционного управления и коммутации.
Аппаратно «Спрут-М» выполнен в виде кроссового блока и имеет модульную конструкцию. В комплекс входят следующие модули:
- источник питания;
- модуль процессора, выполняющий вычислительные функции и формирование системного времени с календарем;
- модули ввода-вывода цифровой информации с интерфейсами RS232 для подключения, пульта управления внешнего модема и других внешних устройств;
- модули ввода-вывода цифровой информации с интерфейсами RS485 для приема информации от микропроцессорных счетчиков электроэнергии;
- модули модемов для передачи информации в центры сбора и обработки информации по каналам связи;
- модули сетевой коммуникации (Ethernet).
Программное обеспечение «Спрут-М» работает в стандартной операционной системе Windows и включает программы для сбора данных с приборов учета электроэнергии и контроля качества электрической энергии Метсоп. Программное обеспечение также обеспечивает обмен данными с автоматизированными рабочими местами информационно-измерительной системы, связь и передачу данных в удаленный центр сбора информации, связь и обмен данными с устройствами сбора данных, хранение информации в энергонезависимой памяти, задание параметров каналов связи, приборов учета, внешних устройств, подключаемых к комплексу.
Анализ пропускной способности сети предприятия
Для многих локальных сетей, в которых развернуты мультимедийные приложения, одним из самых эффективных (по надежности технологий и рентабельности решений) является сочетание Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. В такой архитектуре предполагается, что технология Fast Ethernet используется для подключения пользователей, а технология Gigabit Ethernet (или даже 10 Gigabit Ethernet в очень загруженных сетях) служит для создания магистрали. Подобное решение позволяет избежать перегрузки магистрали и обеспечить достаточную полосу пропускания для рабочих станций, получающих информацию от мультимедийных приложений.
Fast Ethernet обеспечивает полосу пропускания 100 Мбит/c по неэкранированной витой паре UTP или одно/многомодовому оптоволоконному кабелю. В зависимости от типа выбранного сетевого коммутатора эту полосу можно увеличить до 200 Мбит/c, для чего используется дуплексный режим. Достоинством каналов Gigabit Ethernet является то, что их можно группировать между устройствами магистрали Gigabit Ethernet. Между маршрутизаторами или коммутаторами можно проложить два или три кабеля. Если сгруппировать два кабеля между двумя коммутаторами Gigabit Ethernet, можно получить суммарную полосу пропускания в 2 Гбит/c.
Комбинированная архитектура Fast Ethernet и Gigabit Ethernet обеспечивает полосу пропускания, которая позволяет в полной мере использовать многие особенности структуры сети, включая высокоскоростную связь между клиентами и серверами, а также между коммутаторами. Дуплексные коммуникации устраняют конфликты, что фактически удваивает полосу пропускания и увеличивает производительность сети.
Предварительный анализ пропускной способности сети предприятия говорит о том, что используемое сетевое оборудование в целом поддерживает передачу высокоскоростных приложений. Применяемые коммутаторы в состоянии обеспечить достаточно высокую скорость магистрали 1 Гбит/c и выше. Применение в узлах сети оборудования со скоростью 10 Гбит/c повысит качество сети, поскольку снизится уровень использования пропускной способности линий связи. Но постоянно поддерживать все части сети в недогруженном режиме и дорого, и сложно.
Для подключения нового оборудования АСУ «Спрут-М» достаточно сетевой скорости 10 Мбит/c. Пробное подключение большого количества видеокамер в различных узлах ГМК заметно повлияло на качество работы всей сети. С возросшей нагрузкой в некоторых перегруженных узлах не справляются и магистральные коммутаторы 1 Гбит/c. Чтобы оценить качество телекоммуникационной сети и предпринять необходимые изменения телекоммуникационного оборудования, необходимо выполнить численный анализ пропускной способности линий связи в наиболее загруженных узлах работающей сети, в том числе - в местах подключения видеокамер наблюдения, создающих максимальную нагрузку на сеть.
Для передачи голосовой информации и передачи данных в рамках предприятия технология из семейства Ethernet обеспечивает скорость передачи данных от 10 Мбит/c до 10 Гбит/c и является наиболее гибкой для расширения. Вместе с тем расчет показателей качества необходимо проводить с учетом того, что ухудшение работы системы происходит при загруженности сети более чем на 50% [2].
Характеристики сетевых узлов с максимальной нагрузкой являются исходными данными для расчета показателей качества сети предприятия. Отдел «Управление» - основной узел сети. Через этот узел осуществляется доступ к сети интернет всех абонентов локальной сети, доступ к серверам документооборота, 1С бухгалтерии и локальным хранилищам данных. Также через этот узел поступают пакеты из сети интернет от контроллеров УСПД УНО-2 (GPRS), далее - на сервер «Спрут-М», который находится в узле УКК (учебно-курсовой корпус). Узел «Управление» является транзитным узлом для системы локального видеонаблюдения. В качестве каналообразующей аппаратуры установлен 24-портовый коммутатор Gigabit Ethernet TEG 1024D компании Tenda.
К узлу «Управление» планируется подключить следующее оборудование. Компьютеры (95), видеорегистратор RVi-R16LB-PRO (три видеокамеры по 1 Мбит/с), три сетевых клиентских ПО RVI PSS (по 53 видеокамеры каждый), восемь каналов VoIP, документооборот, локальное хранилище данных, доступ в интернет 40 Мбит/с для 189 компьютеров, видеоконференция (7 або-
нентов), два клиентских ПО «Спрут-М», сетевая система контроля и управления доступом PAR-SEC, транзит видеонаблюдения между другими узлами сети.
Скорость обслуживаемого в сети оборудования зависит от приложения и вида сжатия исходных данных. В расчете приняты следующие значения. Нагрузка сети одним компьютером 2 Мбит/с. Согласно проведенным компанией Cisco исследованиям, протокол сжатия, который используют камеры видеонаблюдения, резервирует при стандартном разрешении следующий объем: MPEG-4: 1-2 Мбит/с; видеокамера стандарта MPEG: 4-1 Мбит/c.
Согласно требованиям к качеству услуг, предъявляемых стандартом ISO:9000, выделяют 4 класса качества передачи речи: лучшее (G.711, 64,8 кбит/с), высокое (G.726-32, 32,8 кбит/с), среднее (GSM Full Rate) и низкое. Будем считать, что речь передается с высоким качеством и одним каналом VoIP кбит/c используется скорость 64,8 кбит/c.
Видеоконференции стандартного качества подразумевают поддержку четырёх стандартных разрешений: SQCIF, QCIF, CIF и 4CIF на скорости передачи данных от 64 до 768 кбит/c. Для видеоконференции примем разрешение 4CIF со скоростью 768 кбит/c. Для сервера «Спрут-М» достаточна скорость Ethernet 10Base-T. Для клиентского программного обеспечения «Спрут-М» будем считать дополнительную нагрузку в 1 Мбит/c на компьютер.
Суммарный поток магистрали от всех сервисов в узле «Управление» должен передаваться с расчетной скоростью 0,63 Мбит/с. Коэффициент использования сети отдела
Л = V/ Vmax = 1063/1000 = 1,06 неприемлем, так как необходимая максимальная скорость при максимальной загрузке сети превышает пропускную способность установленного оборудования. Полученное значение коэффициента использования сети л = 1,06 превышает граничное л = 1,0 и означает, что время ожидания пакетов в очереди коммутатора стремится к бесконечности. Устройство коммутации не справляется с такой нагрузкой. Вся сеть предприятия работает неустойчиво.
Чтобы не устанавливать оборудование с большей скоростью, например 10 Гбит/с, можно воспользоваться возможностью Gigabit Ethernet увеличивать скорость за счет группирования каналов. Если сгруппировать два кабеля между двумя коммутаторами Gigabit Ethernet, можно получить суммарную полосу пропускания в 2 Гбит/c. Тогда магистральный поток в узле «Управление» будет передаваться с расчетной скоростью 1063 Мбит/c. Другой вариант модернизации - замена коммутатора 1 Гбит/с на коммутатор 10 Гбит/с экономически выгоднее для соединения узлов на больших расстояниях.
Коэффициент использования сети характеризует образование очереди в узле и не является константой для выбранной технологии. Максимальная скорость передачи полезной информации Vmax участка сети Gigabit Ethernet на самом деле меньше 1000 Мбит/c для одного несгруппиро-ванного кабеля. Служебная информация в кадрах Ethernet занимает постоянно 18 байт, размер поля данных кадра меняется от 46 до 1500 байт. Размер кадра может меняться от 64 до 1518 байт. Для кадра минимальной длины полезная информация составляет всего лишь 72% от общей передаваемой информации, а для кадра максимальной длины - 99% от общей информации. Если принять, что средняя длина кадра содержит 85% полезной информации, то пропускная способность двух сгруппированных каналов Gigabit Ethernet составит Vmax = 1700 Мбит/c.
Коэффициент использования сети в узле «Управление» после изменений в сети и добавления одного магистрального кабеля составит для кадра среднего размера
Л = V/ Vmax = 1063/1700 = 0,63.
Величина л = 0,63 далека от максимального значения, что обеспечивает приемлемое качество обслуживания. Рекомендуемым значением коэффициента использования сети для приложений реального времени, например телефонии VoIP, может быть л = 0,3. Передача файлов по сети интернет с достаточно хорошим качеством обеспечивается и при л = 0,7.
Результаты моделирования показывают, что такие системы с невысокой загрузкой не гарантируют потерь пакетов в буферной памяти узла из-за кратковременных пульсаций скорости передачи данных, во время которых она достигает пропускной способности и даже превышает Vmax. Следует учитывать, что коэффициент л - результат усреднения случайной величины на
определенном интервале времени ТСР. Для разных интервалов времени ТСР обычно получаются сильно отличающиеся значения ^ одного и того же случайного потока цифровых данных. Качество передачи данных заметно ухудшается при достижении величины ^ = 0,6.
В табл. 1 приведены расчетные коэффициенты использования сети в наиболее загруженных сегментах локальной сети предприятия до модернизации. Скорость передачи данных V и коэффициент использования ^ в узлах определены с учетом возросшей нагрузки при подключении АСУ учета электроэнергии и системы видеонаблюдения. Расчет выполнен для работающих в настоящее время магистральных каналов связи, в которых пропускная способность не превышает 1 Гбит/с. Коммуникационная структура и ее параметры полностью соответствуют созданной на предприятии локальной сети.
Таблица 1
Расчетная нагрузка узлов работающей сети
Параметр узла сети ЦРМЦ СЦСО ЖДЦ Рудник «Верхний» УКК Рудник «2-й Советский» ОСС
V, Мбит/с 13 73 11 19 101 55 78
П 0,15 0,86 0,13 0,22 1,01 0,65 0,92
Приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют, что в двух узлах сети СЦСО и ОСС нагрузка близка к предельной, а в узле УКК уровень превышает допустимое значение. Качество обслуживания невысокое, сеть близка к состоянию лавинообразного нарастания нагрузки и резкому снижению скорости передачи данных во всей сети из-за перегрузки.
Достаточно простые изменения в кабельной системе предприятия, которые не затрагивают структуры сети, могут улучшить работу сети предприятия. Если в трех указанных узлах сети использовать сгруппированные каналы с пропускной способностью Gigabit Ethernet 1700 Мбит/c, то можно избежать постоянной перегрузки коммутационного оборудования (табл. 2). В этом случае максимальный коэффициент использования в узлах сети ^ = 0,65 обеспечивает приемлемое качество обслуживания всего предприятия, хотя это значение не исключает возможности кратковременной перегрузки в одном узле.
Таблица 2
Нагрузка узлов сети после группирования кабельной системы 1 Гбит/с
Параметр узла сети ЦРМЦ СЦСО ЖДЦ Рудник «Верхний» УКК Рудник «2-й Советский» ОСС
V, Мбит/с 13 73 11 19 101 55 78
П 0.15 0.43 0.13 0.22 0.59 0.65 0.46
Второй вариант модернизации телекоммуникационной среды для подключения УСПД и видеокамер предполагает замену коммутаторов 1 Гбит/с на однотипные более скоростные коммутаторы 10 Гбит/с в трех узлах сети СЦСО, ОСС и УКК. Это решение выигрывает по экономическим показателям и гарантирует отсутствие кратковременной перегрузки на всех участках предприятия. Стоимость нескольких новых 10 Гбит/с коммутаторов меньше затрат на прокладку дополнительных кабелей на протяженных магистральных участках ГМК.
Показатели качества работы сети
Основными параметрами качества обслуживания QoS в сетях с коммутацией пакетов считаются задержки и потери пакетов, как в узлах сети, так и сквозные. Средняя длительность задержки, полученная из формулы Хинчина-Полячека, приведена в [1, с. 361].
где tS - среднее время обслуживания одного протокольного блока (пакета, кадра, ячейки),
П - отношение интенсивности входящего потока заявок к интенсивности их обслуживания,
2 2
Се = D/tS - квадратичный коэффициент вариации распределения времени обслуживания, D -дисперсия распределения времени обслуживания.
Аналитические выражения для квадратичных коэффициентов Се получены для нескольких распределений применительно к сетям интернет. В их число входит экспоненциальное распределение, распределение Эрланга, геометрическое. Расчет этих коэффициентов требует большого количества дополнительных параметров, характеризующих случайный поток данных. Для сетей Ethernet получены графики [1, с. 369], по которым можно определить среднюю длительность задержки для нескольких распределений случайного потока данных по известному значению п.
График с распределением Парето входящего потока и длины протокольных блоков в сети Ethernet дает следующее значение длительности задержки для одного узла: tQ = 1-10-6c при п = 0,65, которое определено в табл. 2 для самого загруженного участка сети на руднике «2-й Советский» в случае 1 Гбит/с коммутаторов.
Наиболее чувствительным к задержке пакетов в узле является речевой сигнал. Остальные приложения устойчивы к задержкам и практически не реагируют на них. Рекомендация ITU-T G.114 определяет порог задержки речи, равный 150 мс. Если задержка пакета речи превышает пороговый уровень, то пакет отбрасывается. Большое количество потерянных пакетов заметно ухудшает качество речи. Расчетная величина задержки одним узлом составляет tQ = 1-10-6 c. Она намного меньше порогового уровня, что обеспечивает высокое качество речи при транспортной скорости 1 Гбит/с. Установка 10 Гбит/с коммутаторов уменьшает величину tQ. В обоих случаях задержки пакетов в коммутаторах практически не влияют на передачу речевых сигналов и обеспечивают высокое качество речи.
Аналитический расчет вероятности потерь пакетов в узлах коммутации из-за переполнения памяти также возможен только по приближенным формулам. Как и в случае средней длительности задержки, получение выражения в замкнутой форме затруднено из-за неопределенности квадратичных коэффициентов вариации распределения времени обслуживания.
Воспользовавшись графиками для распределения Парето сети Ethernet, на основе статистических исследований получаем приближенное значение вероятности потери Р = 0,2 при п = 0,65. Рекомендация ITU-T Y.1540 определяет допустимую величину потерь пакетов Рдоп = 0,001 для пяти классов QoS - от нулевого до четвертого при международных соединениях. Полученное расчетное значение Р = 0,2 на несколько порядков превышает допустимый уровень потерь, установленный по классификации QoS. Указанные пять классов включают такие приложения, как сигнализацию, видеоконференции, передачу массивов данных, телефонию VoIP.
Превышен также и порог для сетей мобильной связи Рдоп = 0,01. Радиоканал с пакетной передачей GPRS входит в состав внешних сетей, к которым планируется подключить модуль УСПД в АСУ Прогтех. Таким образом, по вероятности потерь пакетов в сети исключается подключение коммутаторов с транспортной скоростью 1 Гбит/с и группировкой двух каналов. Допустимым решением остается второй вариант модернизации - замена коммутаторов 1 Гбит/с на коммутаторы 10 Гбит/с в трех узлах сети предприятия.
Тестирование
Неотъемлемым этапом оценки эффективности предлагаемых изменений является тестирование сети. Только в процессе тестовых измерений можно удостовериться в соответствии выявленных характеристик тем параметрам, которые заявлены производителем коммутационного оборудования. Основных причин неудовлетворительной работы прикладного программного обеспечения в сети может быть несколько: повреждения кабельной системы, дефекты активного оборудования, перегруженность сетевых ресурсов (канала связи и сервера), ошибки самих приложений.
Часто одни дефекты сети маскируют другие. Чтобы достоверно определить, в чем причина неудовлетворительной работы приложений разных сервисов, локальную сеть требуется подвергнуть комплексной диагностике. Комплексная диагностика, которая в первую очередь должна проводиться в узлах сети СЦСО, ОСС и УКК, предполагает выполнение следующих этапов:
- измерение текущей загруженности канала связи сети и определение влияния загрузки канала связи на время реакции приложения;
- измерение числа коллизий в сети и выяснение причин их возникновения;
- измерение числа ошибок передачи данных на уровне канала связи и выяснение причин их возникновения;
- выявление дефектов архитектуры сети;
- измерение текущей загруженности сервера и определение влияния степени его загрузки на время реакции приложения;
- выявление дефектов прикладного программного обеспечения, следствием которых является неэффективное использование пропускной способности сервера и сети.
Обсуждение результатов
Необходимость подключения нового технологического оборудования к работающей телекоммуникационной сети ОАО «Дальполиметалл» в Дальнегорске потребовала изменить ее параметры для обеспечения необходимого качества. Попытка дополнительного подключения системы видеонаблюдения и автоматизированной системы учета электроэнергии привела к перегрузке сети, в результате чего в это время прекратили работу все информационные службы предприятия.
Ограничением проведения модернизации сети является условие бесперебойной работы основных информационных служб ГМК. Поэтому кардинальные изменения топологии и структуры сети невозможны.
Авторами статьи рассмотрены два варианта повышения пропускной способности телекоммуникационной сети на основе расчета выбранных показателей качества. При анализе и выборе возможных технических решений учитывались коэффициент использования сети наиболее загруженных узлов, длительность задержки пакета и вероятность потери пакета в узле. Выбор этих трех параметров обусловлен возможностью их теоретического расчета и последующего сравнения с пороговыми значениями, рекомендованными международными нормами ITU.
В качестве основных вариантов модернизации коммуникационного оборудования предложены группирование каналов со скоростью 1 Гбит/с и замена коммутаторов 1 Гбит/с на коммутаторы 10 Гбит/с. Проведено сравнение возможных решений по обеспечению необходимой пропускной способности. Выбор сделан в пользу второго варианта. Рекомендована замена коммутаторов 1 Гбит/с на коммутаторы 10 Гбит/с. Первый вариант не обеспечивает необходимого качества, так как вероятность потери пакета в узле сети достаточно высокая и значительно превышает рекомендованный ITU пороговый уровень.
Учтены дополнительные возможности подключаемого оборудования УСПД «Спрут-М» для создания радиоканала GPRS с пакетной передачей данных при подключении оборудования локальной сети Ethernet предприятия к внешней сети интернет. С помощью модуля GPRS организовано резервирование каналов связи по радиоканалу, арендуемому у сотового оператора.
Выводы
Выполненный в работе анализ подключения автоматизированной системы управления предприятием выявил необходимость внесения изменений в телекоммуникационную сеть ОАО «Дальполиметалл» для подключения системы видеонаблюдения и АСУ Прогтех. Изменения направлены на достижение необходимых показателей качества локальной сети предприятия. Как основные показатели выбраны среднее время задержки пакетов tQ в сети Ethernet и вероятность их потери P из-за переполнения буферной памяти в узлах коммутации локальной сети. Получены расчетные численные значения задержки tQ и вероятности потерь Р. Определены условия обеспе-
чения расчетных величин за счет группирования каналов связи в трех наиболее загруженных узлах сети Gigabit Ethernet и замены коммутаторов на более скоростные.
Выполнение предложенных изменений должно заканчиваться проведением комплексной диагностики сети с новыми каналами связи, повысившими пропускную способность трех сегментов локальной сети предприятия до 10 Гбит/c без проведения структурных преобразований работающей сети. Одной из задач диагностики является проверка качества сети, в которой теоретически определен максимальный коэффициент использования сети в узле на руднике «2-й Советский». В этом сегменте сети вероятность потерь не должна превышать значения P=0,02. В ходе тестирования на руднике должна создаваться максимальная нагрузка по сравнению с другими узлами телекоммуникационной сети, при условии, что предварительно проведенная проверка не выявила дефектов кабельной системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи. СПб.: БХВ-Петербург, 2010. 400 с.
2. Искусство диагностики локальных сетей. Практический опыт компании «ПроЛАН» по выявлению дефектов и «узких мест» локальных сетей. URL: http://www.network.xsp.ru/7_2.php (дата обращения: 03.06.2015).
3. Козачек А.М. Особенности применения мультисервисных сетей на крупных промышленных предприятиях. Донецкий национальный технический университет. URL:
http://www.rusnauka.com/17_SSN_2007/Informatica/22332.doc.htm (дата обращения: 04.06.2015).
4. Комплексы программно-технические «УСПД «Спрут-М» ТУ 4222-.0214492350-04. Технические условия. URL: http://td-str.ru/file.aspx?id=4482 (дата обращения: 27.05.2015).
5. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 4-е изд. СПб.: Питер, 2011. 944 с.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Electrical Engineering
Aksenov V., Gorovoi S., Kudrin E.
VLADIMIR P. AKSENOV, Associate Professor, Department of Electronics and Communications, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Sukhanova St., Vladivostok, Russia, 690950, e-mail: aksenov_vp@aport2000.ru
SERGEY V. GOROVOI, Associate Professor, Instrument Engineering Department, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Sukhanova St., Vladivostok, Russia, 690950, email: GorovoySV@mail.ru
EVGENY A. KUDRIN, Head, Dalpolimetall Communication and Remote Control Office. 93, Ave 50 Years of October, Dalnegorsk, Primorsky Krai, Russia, 692446, e-mail: zheka.8484@list.ru
Assessment of the quality of the telecommunications network of the enterprise Dalpolimetal
The article presents a survey of the work of the local network Ethernet, the town of Dalnegorsk, providing services only to its workers.
The modernisation of the telecommunications network of the Mining and Metallurgical Complex Dalpolimetall (MMC), which is being currently carried out in order to provide new network equipment for it, involves an assessment of the quality of its service with consideration for increased workload and data automation as well as the control of objects through the additional applications being installed.
Calculated are the indicators of the quality of the existing telecommunications network to connect it to the video surveillance and automated power metering system Octopus-M. The criteria for the quality of the local network are the calculated values of packet loss and a one-way packet delay in the network nodes. The obtained numerical values of these parametres enable one to decide upon alterations to be made in individual units of the equipment of the local network.
Key words: quality score, bandwidth, switch, LAN, network Ethernet, packet loss, packet delay, replacement of equipment.
REFERENCES
1. Goldstein B.S., Sokolov N.A., Janowski G.G. Communication networks. SPb., BHV-Petersburg, 2010. 400 p. (in Russ.). [Gol'dshtejn B.S., Sokolov N.A., Janovskij G.G. Seti svjazi. SPb.: BHV-Peterburg, 2010. 400 s.].
2. The art diagnostic LANs. Practical experience of «LH» to identify defects and «bottlenecks» of local networks. URL: http://www.network.xsp.ru/7_2.php (06.03.2015). (in Russ.). [Iskusstvo diagnostiki lokal'nyh setej. Prakticheskij opyt kompanii «ProLAN» po vyjavleniju defektov i «uzkih mest» lokal'nyh setej. URL: http://www.network.xsp.ru/7_2.php (data obrashhenija: 03.06.2015)].
URL: http://www.rusnauka.com/17_SSN_2007/Informatica/22332.doc.htm // (data obrashhenija: 04.06.2015)].
3. Kozachek A.M. Features of the application of multi-service networks in large industrial enterprises. Donetsk National Technical University. URL: http://www.rusnauka.com/17_SSN_2007/Informatica/22332.doc.htm (04.06.2015). (in Russ.). [Kozachek A.M. Osobennosti primenenija mul'tiservisnyh setej na krupnyh promyshlennyh predprijatijah. Doneckij nacional'nyj tehnicheskij universitet.
4. Program-technical complexes DRC "Octopus-M". Technical conditions. URL: http://td-str.ru/file.aspx?id=4482. (in Russ.). [Kompleksy programmno-tehnicheskie «USPD «SPRUT-M» TU 4222-.0214492350-04. Tehnicheskie uslovija. URL: http://td-str.ru/file.aspx?id=4482 (data obrashhenija: 27.05.2015)].
5. Olifer V.G. Olifer N.A. Computer networks. Principles, technologies, protocols. 4th ed. SPb., Peter, 2011. 944 p. (in Russ.). [Olifer V.G., Olifer N.A. Komp'juternye seti. Principy, tehnologii, protokoly. 4-e izd. SPb.: Piter, 2011. 944 s.].
