Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ
Хабаровский институт инфокоммуникаций
(филиал)
Государственного общеобразовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ПО КУРСУ
«Проектирование и техническая эксплуатация
систем документальной электросвязи»
Хабаровск, 2010
2 ПРИМЕР РАСЧЕТА КОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Задана коммуникационная сеть, состоящая из 4 узлов. Сеть задана в виде графа (рис. 1).
Рисунок 1 – Коммуникационная сеть
Необходимо рассчитать трафик, передаваемый между узлами предприятия. Для этого определим, какие сетевые службы участвуют в обмене информацией между абонентами, а так же способ (протоколы) передачи данных между пользователями.
Обмен файлами осуществляется между компьютерами абонентов. Доступ к файлам из удаленных офисов осуществляется по протоколу FTP.
Также межсетевой трафик создается телефонией. Причем как абонентами IP-телефонии, так и аналоговыми абонентами. Станции телефонии расположены в каждом узле, однако обмен информацией происходит напрямую между пользователями. Преимущественно внутренний трафик создают разговоры между узлами. Телефония реализуется на базе протокола IP.
2.1 Распределение абонентов
Источники нагрузки для служб располагаются в узлах сети. Их распределение представлено в таблице 1. Данная таблица не отражает количество абонентов на узлах, а лишь то количество абонентов, которые могут одновременно участвовать в обмене информацией по каналам сети.
Таблица 1 – Распределение абонентов по службам
|
Узел |
FTP |
IP |
IPАТС |
|
1 |
10 |
5 |
5 |
|
2 |
20 |
10 |
10 |
|
3 |
10 |
10 |
- |
|
4 |
10 |
- |
10 |
Топологическая матрица сети выглядит следующим образом:
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
- |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
1 |
- |
1 |
1 |
|
3 |
0 |
1 |
- |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
- |
2.2 Расчет длины пакетов в сети
Длина пакета для каждого вида службы различна. Это зависит от вида инкапсуляции и длины поля данных службы. Таблицы 2, 3.
Таблица 2 – Размеры Ethernet пакетов для различных служб.
|
Служба |
Инкапсуляция |
Длина информационной части, байт |
|
FTP |
Ethernet-IP-TCP-FTPDATA |
FTPDATA=1000 |
|
IP |
Ethernet-IP-UDP-RTP-IPDATA |
IPDATA=128 |
|
IPАТС |
Ethernet-IP-UDP-RTP-IPATC DATA |
IPATC DATA=128 |
Длина заголовка каждого из используемых пакетов приведена в таблице 11.
Таблица 3 – Длины заголовков транспортных пакетов
|
Пакет |
Длина заголовка, байт (бит) |
|
Ethernet |
26(208) |
|
IP |
20(160) |
|
TCP |
20(160) |
|
UDP |
8(64) |
|
RTP |
16(128) |
Рассчитаем длину пакета для каждой используемой службы:
LFTP=26+20+20+1000=1066 байт (8528бит);
L IP=L IPATC=26+20+8+16+128=198байт (1584бит).
2.3 Расчет параметров трафика
Необходимо определить число вызовов в секунду, которое генерируется каждым из источников, используя следующие параметры трафика служб:
Таблица 4 – Параметры трафика служб
|
Службы |
Пользователи |
Средняя битовая скорость, Вр |
Длина сеанса связи, Тс |
Нагрузка в ЧНН |
Число вызовов в ЧНН |
|
Телефония |
КС ДС УАТС |
64 кбит/с |
100 с |
0,1 0.4 4,5 |
3,6 14,4 162,0 |
|
Передача данных |
ДС УАТС |
2 мбит/с |
1 с |
0,2 2,7 |
10,8 10,8 |
Используя значения для УАТС, рассчитаем число заявок от абонентов служб по формуле:
, (1)
где - число вызовов в ЧНН службы S;
- число заявок, поступающих от абонента службы S узла n.
В нашем случае S=3.
Для службы FTP =10,8:
,
Для служб IP и IPATC значение =162:
.
На основе этих данных для всех узлов можно определить количество пакетов средней длины, генерируемое абонентами каждой службы в отдельности, и узла в целом. Для расчета используются следующие формулы:
, (2)
где - число пакетов, генерируемых службой S;
- средняя битовая скорость службы S (бит/с);
- длина пакета службы S (бит);
- число заявок на виртуальное соединение, поступающее на абонентский
узел n от пользователей службы S.
вычисляется по формуле:
, (3)
где - число абонентов службы S на узле n;
- число заявок, поступающих от абонентов службы S в единицу времени;
- средняя длительность сеанса связи абонента службы S.
Получаем:
,
,
.
Результаты расчетов для всех узлов приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Число пакетов средней длины в ЧНН.
|
Номер узла |
Служба |
Количество абонентов |
Число пакетов в секунду |
|
1 |
FTP |
10 |
7 |
|
IP |
5 |
909 |
|
|
IPATC |
5 |
909 |
|
|
2 |
FTP |
20 |
14 |
|
IP |
10 |
1818 |
|
|
IPATC |
10 |
1818 |
|
|
3 |
FTP |
10 |
7 |
|
IP |
10 |
1818 |
|
|
IPATC |
- |
- |
|
|
4 |
FTP |
10 |
7 |
|
IP |
- |
- |
|
|
IPATC |
10 |
1818 |
Для того чтобы разделить понятия «локальный трафик» и «трафик глобальной сети» или «внешний трафик» вводится параметр «коэффициент замыкаемой нагрузки» и «коэффициент выдаваемой нагрузки» , которые являются индивидуальными для каждой службы в каждом узле. Коэффициент определяет долю нагрузки для службы s узла n, которая замыкается на узле n и образует локальный или внутренний трафик узла. Коэффициент определяет долю нагрузки, которая генерируется абонентами службы s узла n в другие узлы (исходящая нагрузка). Для указанных коэффициентов выполняется соотношение + =1. В данном примере примем , для всех узлов.
Замыкаемая нагрузка рассчитывается по формуле:
, (4)
где - нагрузка, которая замыкается на узле n;
- число служб, используемых в узле;
- коэффициент замыкаемой нагрузки службы S в узле n.
Выдаваемая нагрузка определяется по формуле:
, (5)
где - нагрузка, выдаваемая узлом;
- коэффициент выдаваемой нагрузки службы S в узле n.
Пример расчета для первого узла:
Для остальных узлов расчет проводится аналогично. Результаты представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Суммарная выдаваемая и замыкаемая нагрузка
|
Узел |
Служба |
|||||||
|
1 |
FTP |
7 |
0,33 |
0,67 |
2,3 |
602,3 |
4,7 |
1222,7 |
|
IP |
909 |
300 |
609 |
|||||
|
IPATC |
909 |
300 |
609 |
|||||
|
2 |
FTP |
14 |
0,33 |
0,67 |
4,6 |
1204,6 |
9,4 |
2445,4 |
|
IP |
1818 |
600 |
1218 |
|||||
|
IPATC |
1818 |
600 |
1218 |
|||||
|
3 |
FTP |
7 |
0,33 |
0,67 |
2,3 |
602,3 |
4,7 |
1222,7 |
|
IP |
1818 |
600 |
1218 |
|||||
|
IPATC |
- |
- |
- |
|||||
|
4 |
FTP |
7 |
0,33 |
0,67 |
2,3 |
602,3 |
4,7 |
1222,7 |
|
IP |
- |
- |
- |
|||||
|
IPATC |
1818 |
600 |
1218 |
2.4 Расчет межузлового трафика
Для оптимального распределения канальных емкостей необходимо проанализировать трафик, перемещающийся между узлами. Данный анализ строится с учетом распределения вызовов различных служб между узлами сети, представленного в таблицах 6 (а, б, в).
Таблица 6(а)
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
- |
5 |
2 |
- |
|
2 |
5 |
- |
4 |
5 |
|
3 |
3 |
4 |
- |
- |
|
4 |
- |
2 |
5 |
- |
По службе FTP
Таблица 6(б)
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
- |
2 |
1 |
- |
|
2 |
3 |
- |
4 |
- |
|
3 |
3 |
4 |
- |
- |
|
4 |
- |
- |
- |
- |
По службе IP
Таблица 6(в)
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
- |
3 |
- |
- |
|
2 |
4 |
- |
- |
3 |
|
3 |
- |
- |
- |
- |
|
4 |
- |
7 |
- |
- |
По службе IPATC
На основании полученных данных, рассчитаем нагрузки, генерируемые между узлами:
, (6)
где - нагрузка, которая генерируется узлом l для узла k службы S;
- выдаваемая нагрузка узла n службы S;
- количество абонентов службы S на узле l, которые создают
выдаваемую нагрузку;
- количество абонентов службы S, которые передают трафик из узла l
в узел k.
Пример расчета:
Результаты всех расчетов сводим в таблицы 7(а, б, в):
Таблица 7(а) – Распределение межузлового трафика службы FTP
|
Узлы |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
- |
3,4 |
1,3 |
- |
|
2 |
3,4 |
- |
2,7 |
3,4 |
|
3 |
2 |
2,7 |
- |
- |
|
4 |
- |
1,3 |
3,4 |
- |
Таблица 7(б) – Распределение межузлового трафика службы IP
|
Узлы |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
- |
406 |
203 |
- |
|
2 |
519,8 |
- |
696 |
- |
|
3 |
519,8 |
696 |
- |
- |
|
4 |
- |
- |
- |
- |
Таблица 7(в) – Распределение межузлового трафика службы IPATC
|
Узлы |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
- |
609 |
- |
- |
|
2 |
696 |
- |
- |
519,8 |
|
3 |
- |
- |
- |
- |
|
4 |
- |
1218 |
- |
- |
2.5 Расчёт среднего числа сообщений
На основании полученных данных строим графы распределения трафика служб (рисунки 2, 3, 4).
Для последующего расчета канальной емкости требуется определить среднее число сообщений, которые проступают в i канал в единицу времени от абонентов службы s. Этот параметр обозначим , где индекс обозначает номера канала, s - тип службы.
Произведем расчет среднего числа сообщений для каждого канала от каждой службы:
(7)
Например, для 1 канала службы FTP:
Для 2 канала службы FTP:
Для 3 канала службы FTP:
Для 4 канала службы FTP:
Суммарное значение среднего числа сообщений FTP во всех каналах:
(8)
Суммарное значение среднего числа сообщений всех служб:
(9)
Рассчитанные значения приведены в таблице8.
Таблица 8 – Среднее число сообщений в канале
|
FTP |
IP |
IPATC |
Всего |
|
|
10,1 |
1648,6 |
1305 |
2963,7 |
|
|
10,1 |
1648,6 |
1305 |
2963,7 |
|
|
12,1 |
2114,8 |
0 |
2126,9 |
|
|
8,1 |
0 |
1737,8 |
1747,9 |
|
|
Всего |
40,4 |
5412 |
4347,8 |
9800,2 |
Математическое ожидание числа пакетов, генерируемых i-м узлом
(10)
Суммарное значение математического ожидания числа пакетов:
На основании полученных данных можно найти среднюю длину пути, которое определяется числом каналов, по которым проходит сообщение от источника до адресата:
(11)
- среднее значение числа каналов, которые проходит одно сообщение.
2.6 Расчет емкости каналов
Перед расчетом емкости каналов необходимо расчитать среднюю длину пакета в сети.
Расчет средней длины пакета в сети производится по следующей формуле:
, (12)
где — средняя длина пакета в iм канале;
V — число каналов.
Средняя длина пакета в iм канале рассчитывается по формуле:
, (13)
где — длина пакета для службы j;
— число абонентов службы j в iм канале;
— общее число абонентов в iм канале.
Число абонентов служб в канале считается по графам распределения вызовов по каналам. Распределение абонентов служб по каналам приведено в таблице 9.
Таблица 9 – Распределение абонентов служб по каналам
|
Канал |
Служба |
Всего |
||
|
FTP |
IP |
IPАТС |
||
|
1 |
15 |
9 |
7 |
31 |
|
2 |
15 |
9 |
7 |
31 |
|
3 |
18 |
12 |
0 |
30 |
|
4 |
12 |
0 |
10 |
22 |
Используя данные таблиц 9 и значений длин пакетов для каждой службы, найдем средние длины пакетов в каждом канале. Результаты расчета приведены в таблице 10.
Пример расчета для первого канала:
Таблица 10 – Средние длины пакетов в каналах
|
Канал |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
, бит |
4944 |
4944 |
5750 |
5372 |
Тогда средняя длина пакета по сети составит:
бит
Теперь перед проведением расчетов оптимального распределения канальной емкости для каждого канала, необходимо предварительно рассчитать величину общей распределенной канальной емкости для ряда коэффициентов нагрузок :
(14)
Полученная общая емкость C далее будет распределятся по каналам согласно соотношению:
(15)
Первая часть формулы – это емкость, которая необходима для среднего потока i-го канала, – это остаточная емкость сети, которая распределяется между каналами сети пропорционально квадратному корню их средних потоков. На значение остаточной емкости сети накладывается условие:
(16)
Пример расчета распределенной и остаточной емкости сети при загрузке = 0,1:
Результаты расчета общей распределенной и остаточной емкостей сети для ряда коэффициентов загрузки , равных 0,1; 0,2; 0,3;….0,9 приведены в таблице 11.
Таблица 11– Распределенная и остаточная емкость сети при различной загрузке
|
P |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
C, Mбит/с |
320,8 |
160,4 |
106,93 |
80,2 |
64,16 |
53,47 |
45,83 |
40,1 |
35,64 |
|
, Mбит/с |
269,48 |
109,1 |
55,60 |
28,87 |
12,83 |
2,14 |
-5,5 |
-11,23 |
-15,68 |
На основании полученных данных рассчитаем по формуле (15) распределение общей емкости по каналам сети.
Пример расчета емкости сети в первом канале при загрузке = 0,1:
Результаты расчета приведены в таблице 12.
Таблица 12 – Распределение общей емкости сети по каналам
|
p |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|
|
Емкость канал, Мбит/с |
1 |
90,113 |
45,748 |
30,95 |
23,554 |
19,117 |
16,16 |
|
2 |
90,113 |
45,748 |
30,95 |
23,554 |
19,117 |
16,16 |
|
|
3 |
74,323 |
36,739 |
24,202 |
17,938 |
14,179 |
11,674 |
|
|
4 |
66,43 |
32,359 |
20,993 |
15,315 |
11,907 |
9,636 |
Для выбора необходимой емкости для каждого канала, требуется определить время задержки распространения пакетов в каналах и в сети в целом при различных коэффициентах загрузки. Данный расчет осуществляется по следующим формулам:
(17)
(18)
Пример расчета времени задержки распространения пакетов в первом канале и в сети в целом при загрузке = 0,1:
Результаты расчетов приведены в таблице 13.
Таблица 13 – Время задержки распространения пакетов в каналах в секундах
|
p |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|
|
Задержка в канале, с |
1 |
0,00007047 |
0,00017406 |
0,0003415 |
0,0006578 |
0,00148 |
0,008874 |
|
2 |
0,00007047 |
0,00017406 |
0,0003415 |
0,0006578 |
0,00148 |
0,008874 |
|
|
3 |
0,00008318 |
0,00020546 |
0,0004032 |
0,0007764 |
0,001747 |
0,010475 |
|
|
4 |
0,00009176 |
0,00022665 |
0,0004447 |
0,0008565 |
0,001927 |
0,011555 |
|
|
В сети |
0,00007859 |
0,00019413 |
0,0003809 |
0,0007336 |
0,001651 |
0,009897 |
Критерием выбора значения требуемой емкости для того или иного канала является максимально допустимое время задержки, определяемое используемыми в сети службами. Из рассмотренных в проекте служб, наиболее критичной к данному параметру является IP-телефония. Требования к каналам службы IP-телефонии зависят от используемого кодека голосового сигнала. В настоящее время наибольшее распространение получили кодеки G.711, G.729A, G.723.1. Их параметры приведены в таблице 14.
Таблица 14 – Параметры голосовых кодеков IP-телефонии.
|
Тип кодека |
Метод |
Сложность алгоритма |
Битовая скорость, Кбит/с |
Размер отсчёта, байт |
Длит. отсчёта, мс |
Вносимая задержка, мс |
Полоса пропускания, Кбит/с |
|
G.711 |
PCM A-law |
Средняя |
64 |
80 |
10 |
80 |
87,2 |
|
G.729A |
CS-ACELP |
Средняя |
8 |
10 |
10 |
150 |
31,2 |
|
G.723.1 |
MP-MLQ |
Высокая |
6,3 |
24 |
30 |
200 |
21,9 |
|
G.723.1 |
ACELP |
Высокая |
5,3 |
20 |
30 |
200 |
20,8 |
Из приведенных данных видно, что наиболее требовательным к полосе пропускания канала и задержке прохождения пакетов является кодек G.711. Задержка передачи пакетов в сети для данного кодека не должна превышать 80 мс. При использовании других кодеков, требования к каналу будут меньше. Реальная задержка передачи пакетов IP-телефонии будет еще ниже, за счет поддержки всем коммуникационным оборудованием стандартов QoS, обеспечивающих приоритизацию голосового трафика, и меньшим размеров самих голосовых пакетов.
Поставленные требования для сети в целом выполняются при коэффициенте загрузки 0,5. В таблице 15 приведены минимальные емкости каналов, гарантирующие время задержки, не превышающее требуемое.
Таблица 15 – Общие данные о каналах
|
Номер |
Канал |
Емкость, Мбит/с |
Длина, м |
Тип подключения |
|
1 |
1у-ВЗ |
19,117 |
Радиоканал |
|
|
2 |
ВЗ-2у |
19,117 |
Радиоканал |
|
|
3 |
2у-3у |
14,179 |
Оптоволокно |
|
|
4 |
2у-4у |
11,907 |
Кабель ТПП |
Рисунок 2 – Распределение трафика службы FTP
Рисунок 3 – Распределение трафика службы IP
Рисунок 4 – Распределение трафика службы IP АТС