Реферат: Научное пособие разработано авторами: Никитюк Л. А., Тихонов В. И., Боярских П. В. Научное пособие рассмотрено и утверждено на заседании кафедры

Министерство транспорта и связи Украины

________________________

Государственный департамент по вопросам связи и информатизации

Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова


Кафедра сетей связи


Телекоммуникационные и информационные сети

Модуль 4.3 Проектирование мультисервисной сети


ПРОЕКТИРОВАНИЕ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ Часть 2
Для студентов всех форм обучения

По направлению: Телекоммуникации

Специальность: Информационные сети связи


^ Одесса - 2006


Научное пособие разработано авторами: Никитюк Л.А., Тихонов В. И., Боярских П.В.


Научное пособие рассмотрено и утверждено на заседании кафедры.


Протокол № _____ от «___» ____________ 2006


Зав. Кафедрой ___________________


Научное пособие рассмотрено и утверждено Учебным (методичным) советом ННИ (факультета)


Протокол № _____ от «___» ____________ 2006


Декан ф-та ___________________ ( )


^ Общие положения


Мультисервисные сети обеспечивают возможность предоставления пользователям наиболее широкого спектра качественных услуг при эффективном использовании передающих ресурсов сети и универсальном способе обработки нагрузки, порождаемой различными приложениями. Основной транспортной технологией мультисервисных сетей является технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode) [1].

АТМ, как стандартизированная архитектура пакетно-ориентированной передачи и коммутации, первоначально предназначалась для обслуживания широкополосных цифровых сетей с интеграцией служб (B-ISDN). С тех пор возможности АТМ были расширены для поддержки различных типов служб: широкополосных, узкополосных, пульсирующего трафика, приложений реального времени.

Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального кана­ла (Virtual Channel Identifier, VCI), который назначается соединению при его ус­тановлении и уничтожается при разрыве соединения. Адрес конечного узла ATM, на основе которого прокладывается виртуальный канал, имеет иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети, и использует префиксы, соот­ветствующие кодам стран, городов, сетям поставщиков услуг и т. п., что упроща­ет маршрутизацию запросов на установление соединения.

Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Для ускорения ком­мутации в больших сетях используется понятие виртуального пути — Virtual Path, который объединяет виртуальные каналы, имеющие в сети ATM общий маршрут между исходным и конечным узлами или общую часть маршрута между некото­рыми двумя коммутаторами сети. Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI) является старшей частью локального адреса и представляет со­бой общий префикс для некоторого количества различных виртуальных кана­лов. Таким образом, идея агрегирования адресов в технологии ATM применена на двух уровнях — на уровне адресов конечных узлов (работает на стадии уста­новления виртуального канала) и на уровне номеров виртуальных каналов (ра­ботает при передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу).

Для каждого типа служб АТМ обеспечивает заданное качество обслуживания нагрузки, которое оценивается такими параметрами как задержка пакетов дисперсия задержки и вероятность потери пакетов. Эта опция называется QoS (Quality of Service). Обеспечение QoS является коренным отличием технологии АТМ от существующих сетевых технологий и позволяет полноценно передавать интегральный трафик (голос, видео, данные). При этом весь разнородный трафик преобразуется в стандартные ячейки – 48-байтовые пакеты, дополнение 5-байтовыми заголовками.

В зависимости от требований источников к скорости передачи и QoS различают следующие основания категории классов трафика:

с постоянной битовой скоростью СBR (Constant Bit Rate);

с переменной битовой скоростью VBR (Variable Bit Rate);

с доступной битовой скоростью ABR (Available Bit Rate);

с негарантированной битовой скоростью UBR (Unspecified Bit Rate).

Основными сетевыми устройствами АТМ являются АТМ-коммутаторы, с помощью которых организуются виртуальные соединения на время сеанса связи и обеспечивается предоставление QoS пользователям. [1]

В сетях АТМ различают два типа интерфейсов: UNI (User-Network Interface) и NNI (Network-Node Interface). Интерфейс UNI обеспечивает подключение периферийного не АТМ устройства (например, маршрутизатора) к АТМ коммутатору опорной сети. Интерфейс NNI используется для взаимодействия между АТМ коммутаторами.

Сети АТМ строятся по принципу коммутируемой среды (коммутируемой топологии) с выделением уровней доступа, распределения и ядра. Уровень доступа в территориальных сетях представляет собой опорную сеть, объединяющую коммутаторы АТМ, расположенные в областных узлах коммутации. Уровень распределения определяют зональные узлы с размещениями в них АТМ-коммутаторами. Коммутаторы уровня ядра размещаются в главных территориальных узлах.

В сетях АТМ различают два типа интерфейсов: UNI (User-Network Interface) и NNI (Network-Node Interface). Інтерфейс UNI обеспечивает подключение переферийного не АТМ оборудования (например, маршрутизаторов) к АТМ комутатору опорной сети. Спецификация UNI определя­ет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола ATM, способы установления виртуального канала и способы управления трафиком. Интерфейс NNI используется для взаимодействия между АТМ комутаторами

Сети АТМ строятся по принципу коммутируемой топологии с выделением уровней доступа, распределения и ядра. Уровень доступа в территориальных сетях является опорной сетью, которая объединяет коммутаторы АТМ, расположенные в областных узлах коммутации. Уровень распределения определяют зональные узлы с размещенными в них АТМ-коммутаторами. Коммутаторы уровня ядра размещаются в главных территориальных узлах.

Стандарт ATM не вводит свои спецификации на реализацию физического уров­ня. Здесь он основывается на технологии SDH/SONET, принимая ее иерархию скоростей. В соответствии с этим начальная скорость доступа пользователя сети — это скорость STM-1 155 Мбит/с. Магистральное оборудование ATM работает и на более высоких скоростях STM-4 622 Мбит/с и STM-16 2,5 Гбит/с. На скорости 155 Мбит/с можно использовать не только волоконно-оптический кабель, но и неэкранированную витую пару категории 5. На скорости 622 Мбит/с допустим только волоконно-оптический кабель. Работа на сверхвысоких скоро­стях существенно удорожает оборудование ATM из-за сложности реализации операций разбиения пакетов на ячейки и сборки ячеек в пакеты в заказных интерфейсных коммутаторов.

Имеются и другие физические интерфейсы к сетям ATM, отличные от SDH/ SONET. К ним относятся интерфейсы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ, распространенные в гло­бальных сетях, и интерфейсы локальных сетей — интерфейс с кодировкой 4В/5В со скоростью 100 Мбит/с (FDDI) и интерфейс со скоростью 25 Мбит/с, предложенный компанией IBM и утвержденный ATM Forum. Кроме того, для скорости 155,52 Мбит/с определен так называемый физический уровень «cell-based», то есть уровень, основанный на ячейках, а не на кадрах SDH/SONET. Этот вариант физического уровня не использует кадры SDH/SONET, а отправ­ляет по каналу связи непосредственно ячейки формата ATM, что сокращает на­кладные расходы на служебные данные, но несколько усложняет задачу синхро­низации приемника с передатчиком на уровне ячеек.




Рисунок 1 – Коммутируемая топология


Класс трафика (называемый также классом услуг — service class) качественно характеризует требуемые услуги по передаче данных через сеть ATM. Если при­ложение указывает сети, что требуется, например, передача голосового трафика, то из этого становится ясно, что особенно важными для пользователя будут та­кие показатели качества обслуживания, как задержки и вариации задержек яче­ек, существенно влияющие на качество переданной информации — голоса или изображения, а потеря отдельной ячейки с несколькими замерами не так уж важна, так как, например, воспроизводящее голос устройство может аппрокси­мировать недостающие замеры и качество пострадает не слишком. Требования к синхронности передаваемых данных очень важны для многих приложений — не только голоса, но и видеоизображения, и наличие этих требований стало первым критерием для деления трафика на классы.

В результате было определено пять классов трафика, отличающихся следующи­ми качественными характеристиками:

наличием или отсутствием пульсации трафика, то есть трафики CBR или VBR;

требованием к синхронизации данных между передающей и принимающей сто­ронами;

типом протокола, передающего свои данные через сеть ATM, — с установле­нием соединения или без установления соединения (только для случая пере­дачи компьютерных данных).

Основные характеристики классов АТМ трафика приведены в

Таблице 1.


^ Таблиця 1 - Классы АТМ трафика

Классы трафика

Характеристика



А

Постоянная битовая скорость (Constant Bit Rate, CBR)

Необходимы временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными

С установлением соеденения

Примеры: голосовой трафик, трафик телевизионного изображения



В

Переменная битовая скорость (Variable Bit Rate, VBR)

Необходимы временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными

С установлением соеденения

Примеры: компрессированный голос, компрессированное видеоизображение


С

Переменная битовая скорость (Variable Bit Rate, VBR)

Не требуются временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными

С установлением соеденения

Примеры: трафик компьютерных сетей, в которых конечные узлы работают по протоколам с установлением соединения: frame relay, X.25, TCP


D

Переменная битовая скорость (Variable Bit Rate, VBR)

Не требуются временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными

Без установления соеденения

Примеры: трафик компьютерных сетей, в которых конечные узлы работают по протоколам без установлением соединения: IP, Ethernet, SNMP.

X

Тип трафика и его параметры определяются пользователем



Очевидно, что только качественных характеристик, задаваемых классом трафи­ка, для описания требуемых услуг недостаточно.. В технологии ATM для каждо­го класса трафика определен набор количественных параметров, которые прило­жение должно задать. Например, для трафика класса А необходимо указать постоянную скорость, с которой приложение будет посылать данные в сеть, а для трафика класса В — максимально возможную скорость, среднюю скорость и максимально возможную пульсацию. Для голосового трафика можно не толь­ко указать на важность синхронизации между передатчиком и приемником, но и количественно задать верхние границы задержки и вариации задержки ячеек.

В технологии ATM поддерживается следующий набор основных количествен­ных параметров:

Peak Cell Rate (PCR) — максимальная скорость передачи данных;

Sustained Cell Rate (SCR) — средняя скорость передачи данных;

Minimum Cell Rate (MCR) — минимальная скорость передачи данных;

Maximum Burst Size (MBS) — максимальный размер пульсации;

Cell Loss Ratio (CLR) - доля потерянных ячеек;

Cell Transfer Delay (CTD) - задержка передачи ячеек;

Cell Delay Variation (CDV) - вариация задержки ячеек.

Параметры скорости измеряются в ячейках в секунду, максимальный размер пульсации — в ячейках, а временные параметры — в секундах. Максимальный размер пульсации определяет количество ячеек, которое приложение может пе­редать с максимальной скоростью PCR, если задана средняя скорость. Доля по­терянных ячеек является отношением потерянных ячеек к общему количеству отправленных ячеек по данному виртуальному соединению. Так как виртуаль­ные соединения являются дуплексными, то для каждого направления соедине­ния могут быть заданы разные значения параметров.

Соглашение между приложением и сетью ATM называется трафик-контрактом. Основным его отличием от соглашений, применяемых в сетях frame relay, явля­ется выбор одного из нескольких определенных классов трафика, для которого наряду с параметрами пропускной способности трафика могут указываться па­раметры задержек ячеек, а также параметр надежности доставки ячеек. [2]


^ 1. Проектное задание


Целью курсового проекта является организация платформы предоставления заданного перечня услуг (включая широкополосные) и определение их качества.

Поставленная цель достигается решением следующих проектных задач:

Расчёт трафика, генерируемого абонентами объектов сети и формирование матрицы взаимного тяготения между объектами.




Синтез структуры сети и формирование матрицы связей.




Выбор коммутационного оборудования узлов (коммутаторов АТМ) и формирование требований к оборудованию систем передачи линий связи по предоставлению необходимой полосы пропускания.







^ Исходные данные к проектированию




Масштаб территории, охватываемой сетью, определяется границами Украины. В качестве объектов сети принимаются области административного деления Украины, общее количество которых n=25 (карта Украины приведена в Приложении А). Возникающая нагрузка объекта сети концентрируется в областном центре. Областные центры рассматриваются в качестве мест расположения узлов уровня доступа в мультисервисную сеть.

В качестве потенциальных абонентов для каждого объекта сети рассматривается население областей Украины (см. Таблицу 2).

Перечень служб, обеспечивающих предоставление широкополосных услуг, с указанием класса пользователей (КС – квартирный сектор, ДС – деловой сектор, УАТС – учрежденческие АТС, Центр служб) и параметров трафика приведен в Таблице 3.

Структурный состав абонентов объектов сети приведен в Приложении Б (вариант выбирается согласно порядковому номеру студента в журнале группы).


ПРИМЕЧАНИЕ:

При определении количества абонентов по каждой службе на объектах сети следует учитывать, что в каждый момент времени одновременно в сети работает только w (%) от общего количества абонентов. Процент одновременно работающих пользователей сети выбирается согласно варианту из Таблицы 4 (номер варианта соответствует последней цифре студенческого билета).

Матрица расстояний R = || rij || , размерностью (25х25), где элемент rij определяет расстояние между узлами i и j по кабелю первичной сети, приведена в Таблице 5.

Количество зон сети и наименования зональных узлов выбирается из Таблицы 4 согласно заданному варианту (вариант выбирается по предпоследней цифре студенческого билета). В соответствии с рассматриваемой коммутируемой топологией проектируемой сети (Рис.1) на уровне доступа используются областные узлы.



^ Таблица 2. - Население областей Украины

№ объекта сети


Область

^ Количество потенциальных абонентов, тыс. чел.

1

Винницкая

1772,4

2

Днепропетровская

3567,6

3

Донецкая

4841,1

4

Житомирская

1389,5

5

Запорожская

1929,2

6

Ивано-Франковская

1409,8

7

Киевская

4439,2

8

Кировоградская

1133,1

9

Луганская

2546,2

10

Волынская (Луцк)

1060,7

11

Львовская

2626,5

12

Николаевская

1264,7

13

Одесская

2469

14

Полтавская

1630,1

15

Ровенская

1173,3

16

АР Крым (Симферополь)

2413,2

17

Сумская

1299,7

18

Тернопольская

1142,4

19

Закарпатская (Ужгород)

1258,3

20

Херсонская

2914,2

21

Харьковская

1175,1

22

Хмельницкая

1430,8

23

Черкасская

1402,9

24

Черниговская

1245,3

25

Черновицкая

922,8



^ Таблица 3. – Перечень служб с указанием класса пользователей


Служба


к

Класс пользователей

qк


Пиковая скорость

, бит/с



Пачечность

pch(qk)

Длительность пика

или сеанса связи


Число вызовов в ЧНН




с


с

1

Телефония

КС

ДС

УАТС

64К

64К

64К

1

1

1

100

100

100

100

100

100

3,6

14,4

162,0

2

Факс (цветной)

ДС

УАТС

2М

2М

1

1

3

3

3

3

12,0

12,0

3

Видео-телефония

КС

ДС

УАТС

10М

10М

10М

5

5

5

1

1

1

100

100

100

0,72

0,72

3,60

4

Поиск видео

КС

ДС

УАТС

Центр служб

10М

10М

10М

10М

18

18

18

18

10

10

10

10

180

180

180

180

0,2

2,0

8,0

46,2

5

Поиск документов

КС

ДС

УАТС

Центр служб

64К

64К

64К

64К

200

200

200

200

0,25

0,25

0,25

0,25

300

300

300

300

0,6

3,0

6,0

39,6

6

Передача данных

ДС

УАТС

64К

64К

200

200

0,04

0,04

30

30

24,0

72,0



^ Таблица 4. - Наименования зональных узлов и процент одновременно работающих пользователей сети


Последняя

цифра студ. билета

W, %

Предпоследняя цифра студ. билета

Колличество зон,

m

Центры зон

Jmр

1

3

1

7

Львов, Черновцы, Житомир, Сумы, Луганск, Одесса, Симферополь

2

4

2

4

Херсон, Донецк, Львов, Винница

3

4

3

5

Львов, Киев, Полтава, Запорожье, Симферополь

4

7

4

6

Тернополь, Киев, Полтава, Николаев, Донецк, Ужгород

5

5

5

6

Ужгород, Хмельницкий, Черкассы, Одесса, Донецк, Харьков

6

4

6

5

Луганск, Симферополь, Чернигов, Хмельницкий, Львов

7

3

7

4

Львов, Киев, Одесса, Луганск

8

5

8

6

Тернополь, Черкассы, Донецк Хмельницкий, Херсон, Запорожье,

9

3

9

7

Луцк, Чернигов, Симферополь, Луганск, Черновцы, Харьков, Кировоград

0

6

0

5

Луцк, Хмельницкий, Сумы, Одесса, Донецк

^ Таблица 5. - Матрица расстояний между областными центрами Украины (в км.)







Винница

Днепропетровск

Донецк

Житомир

Запорожье

Ив. Франковск

Киев

Кировоград

Луганск

Луцк

Львов

Николаев

Одесса

Полтава

Ровно

Симферополь

Сумы

Тернополь

Ужгород

Харьков

Херсон

Хмельницкий

Черкассы

Чернигов

Черновцы




Город

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

1

Винница




645

868

125

748

366

256

316

1057

382

360

471

428

593

311

844

602

232

575

734

521

120

343

396

247

2

Днепропетровск

645




252

664

81

901

533

294

394

805

975

343

468

196

957

446

430

877

1130

213

376

765

324

672

892

3

Донецк

868

252




858

217

1171

727

520

148

1111

1221

611

731

390

1045

591

706

1100

1391

335

560

988

547

867

1115

4

Житомир

125

664

858




738

431

131

407

1182

257

423

677

557

468

187

803

477

298

671

690

624

185

321

271

470

5

Запорожье

748

81

217

738




1119

607

303

365

681

833

377

497

270

925

365

477

977

1488

287

297

875

405

747

876

6

Ив. Франковск

366

901

1171

431

1119




561

618

1402

328

135

847

627

898

296

1070

908

134

280

1040

798

246

709

701

143

7

Киев

256

533

727

131

607

561




298

811

388

550

490

489

337

318

972

346

427

806

478

551

315

190

149

601

8

Кировоград

316

294

520

407

303

618

298




668

664

710

174

294

246

627

570

506

547

883

387

225

435

126

363

581

9

Луганск

1057

394

148

1182

365

1402

811

668




1199

1379

857

977

474

1129

739

253

1289

1539

333

806

1177

706

951

1259

10

Луцк

382

805

1111

257

681

328

388

664

1199




152

780

856

725

70

1052

734

159

413

866

869

263

578

949

286

11

Львов

360

975

1221

423

833

135

550

710

1379

152




850

970

891

232

1173

896

128

261

1028

1141

240

740

690

278

12

Николаев

471

343

611

677

377

747

490

174

857

780

850




120

420

864

282

681

754

999

556

51

590

300

640

604

13

Одесса

428

468

731

557

497

627

489

294

977

856

970

120




540

741

392

800

660

1009

831

171

548

420

529

499

14

Полтава

593

196

390

468

270

898

337

246

474

725

891

420

540




655

635

261

825

1149

141

471

653

279

477

808

15

Ровно

311

957

1045

187

925

296

318

627

1129

70

232

864

741

655




1157

664

162

484

805

834

193

508

458

332

16

Симферополь

844

446

591

803

365

1070

972

570

739

1052

1173

282

392

635

1157




896

1097

1363

652

221

964

696

1112

927

17

Сумы

602

430

706

477

477

908

346

506

253

734

896

681

800

261

664

896




774

1138

190

732

662

540

350

838

18

Тернополь

232

877

1100

298

977

134

427

547

1289

159

128

754

660

825

162

1097

774




338

987

831

112

575

568

170

19

Ужгород

575

1130

1391

671

1488

280

806

883

1539

413

261

999

1009

1149

484

1363

1138

338




1299

1065

455

984

951

406

20

Харьков

734

213

335

690

287

1040

478

387

333

866

1028

556

831

141

805

652

190

987

1299




576

854

420

608

970

21

Херсон

521

376

560

624

297

798

551

225

806

869

1141

51

171

471

834

221

732

831

1065

576




641

351

691

655

22

Хмельницкий

120

765

988

185

875

246

315

435

1177

263

240

590

548

653

193

964

662

112

455

854

641




463

455

176

23

Черкассы

343

324

547

321

405

709

190

126

706

578

740

300

420

279

508

696

540

575

984

420

351

463




330

692

24

Чернигов

396

672

867

271

747

701

149

363

951

949

690

640

529

477

458

1112

350

568

951

608

691

455

330




741

25

Черновцы

247

892

1115

470

876

143

601

581

1259

286

278

604

499

808

332

927

838

170

406

970

655

176

692

741




^ 3. Расчёт трафика, генерируемого абонентами объектов

Интенсивность трафика (бит/сек), генерируемого абонентами і-го объекта, определяется как суммарный информационный поток, поступающего в областной узел коммутации от всех шести служб в час наибольшей нагрузки (ЧНН):


(1)
, i = 1, 2, …25 ,

где k – номер строки соответствующей службы в таблице 1; К – общее количество этих служб; - матрица интенсивности трафика в ЧНН по i –м объектам и k-м службам:


(2)
;

здесь: - пиковая скорость для трафика категории сервиса CBR (Constant Bit Rate) либо средняя битовая скорость передачи для трафика категорий сервиса VBR (Variable Bit Rate) и ABR (Available Bit Rate) в бит/сек. Значение берётся из Таблицы 3 непосредственно, значение вычисляется по формуле:


(3)
,

где pch(qк) – пачечность.


K CBR относится трафик, для которого Тр = Тс, т.е. длительность пика равна длительности сеанса связи (см. в Таблице 3).

Безразмерная величина в формуле (2) означает относительное усредненное по классам пользователей внутри каждой к-ой службы и приведенное к одной секунде время активности к-ой службы i-го объекта (области) в ЧНН; определяется по формуле:

(4)
,

где в формуле (4) :

- это класс пользователей внутри каждой к-ой службы согласно Таблице 2; например, служба 1 (телефония) имеет три класса: КС - квартирный сектор, ДС – деловой сектор, УАТС;

- количество одновременно работающих в сети абонентов класса в к-ой службе на i-м объекте; определяется с учетом общего числа абонентов соответствующих объектов и служб, а также условно заданным процентом от их общего числа (согласно Таблице 4);

- число вызовов в ЧНН от абонентов класса в к-ой службе на i-м объекте;

- средняя длительность сеанса связи абонента класса в к-ой службе на i-м объекте ( в сек);

- количество секунд в одном часе ( в сек).


Общая нагрузка делится на две составляющие: одна, замыкаемая внутри зоны (внутренняя), и вторая – внешняя нагрузка , исходящая в другие зоны. Их соотношение задается исходя из эмпирического опыта, например, 80% + 20%. Таким образом, внешний трафик, генерируемый каждым объектом в ЧНН, равен:



(5)


^ 4. Формирование матрицы информационного тяготения

Матрица информационного тяготения между узлами сети задает информационный поток между каждой парой этих узлов в прямом и обратном направлении. В общем случае элементы этой матрицы несимметричны относительно главной диагонали, т.е. прямой и обратный потоки могут не совпадать по интенсивности. Расчет матрицы информационного тяготения в данном проекте осуществляется на основе совместного учета двух факторов влияния – информационного тяготения по расстоянию и по нагрузке. Каждый из этих факторов формализуется с помощью соответствующих коэффициентов информационного тяготения по нагрузке и расстоянию , а их совместное влияние определяется коэффициентом ; методика расчета этих коэффициентов приведена ниже.

Матрица коэффициентов информационного тяготения по нагрузке:


(6)
,

где - суммарный внешний трафик по всем областям.

Условия нормировки величин выбраны таким образом, чтобы выполнялось требование:


(7)
.



Информационное тяготение по расстоянию определено эмпирически по принципу «Чем дальше расположены объекты друг от друга, тем меньше ожидаемый информационный поток между ними». Разумеется, это всего лишь одна из возможных приближенных оценок факторов влияния.

Пусть - относительное расстояние между i-м и j-м



объектами (областными узлами связи). Тогда коэффициент тяготения по расстоянию можно определить как обратную величину:


(8)
,

где - нормировочный коэффициент из условия:


(9)
, или .



Совместный учет двух факторов влияния определяется в виде:


(10)
,


где - нормировочный коэффициент выбранный из условия, что .



Зная коэффициенты информационного тяготения между объектами можно сформировать матрицу информационного тяготения между объектами сети:


(11)



(12)
В эту матрицу на позиции диагональных элементов следует записать значение трафика, замыкающегося внутри соответствующего объекта сети:

^ 5. Синтез структуры сети и формирование матрицы связей


Структура сети, синтезируемой по принципу коммутируемой топологии, является радиально-узловой. Такую структуру ещё называют иерархической звездой, т.к. в ней присутствуют несколько иерархически упорядоченных уровней узло-образования. Обычно иерархию узлов в территориальных сетях образуют местные, областные, зональные, главные узлы.

Узлы самого нижнего уровня иерархии определяют уровень доступа, а самого высокого – уровень ядра сети. Узлы промежуточных иерархических уровней формируют подуровни уровня распределения.

Радиальные связи, объединяющие узлы различных уровней называют магистралями. В случаях экономической целесообразности в синтезируемую структуру сети могут быть введены связи, соединяющие узлы одного уровня иерархии. Такие связи называют поперечными. Критерии экономической целесообразности введения поперечных связей обычно отражают допустимый уровень загрузки линии связи, который для каждого уровня иерархии узлов может быть различным.

В данном курсовом проекте предполагается выполнить синтез структуры сети АТМ, включающей три уровня иерархии узлов:

областные узлы – уровень доступа;

зональные узлы – уровень распределения;

главный узел – уровень ядра.

Структура синтезируемой сети отражается матрицей связей С=|| cij|| (матрицей весов ребер графа сети). При этом значение элемента cij определяется значением ближайшей величины модуля STM-n, превышающего загрузку связи (yij либо yji).


^ 5.1 Формирование зональной сети

Областные узлы коммутации разбиваются на заданные по варианту количество зон. Закрепление і-го областного узла за j-м зональным центром осуществляется по критерию:

, (13)

где γ ( i , j ) - элемент матрицы информационного тяготения между соответствующей парой узлов сети.

R( i, j ) – элемент матрицы расстояний между областными центрами Украины (Таблица 4).

Областные узлы каждой зоны соединяются радиальными связями со своим зональным узлом (см. Рисунок 2).



Рисунок 2 – Формирование зональной сети


После того как закончено формирование зоновой сети осуществляется синтез магистральной сети. Для этого каждый зональный узел соединяется радиальной связью с центральным узлом, расположенным в г. Киеве. (см. Рисунок 3).


зональний вузел


Рисунок 3 – Формирование магистральной сети


^ 5.2 Формирование матрицы связи
Формирование матрицы связи производится на основании рассчитанной матрицы информационного тяготения  ( i , j ) (полученная в пункте 4) в три этапа: 1) Связи областных узлов с их зональным узлом Jр необходимо зафиксировать в матрицы связи С. Для этого требуется определить величину потоков, обеспечивающих загрузку соответствующей связи в прямом и обратном направлениях. В прямом направлении – это соответственно суммарный исходящий из узла і поток пакетов, т.е.
iJр = iисх

где Jр – элемент множества зон М ().

Поток обратного направления, входящий от зонального узла Jр к областному узлу i определяется суммарным потоком пакетов от узлов остальных зон сети и равен сумме элементов i-го столбца матрицы интенсивности:



2) Величина потока на магистрале (соединяющей зональный узел Jр и центральный узел коммутации К) тоже фиксируется в матрице связи С и определяется двумя составляющими: прямым и обратным потоками. Каждая из этих состовляющих расчитывается отдельно.

Для каждой зоны р (р=1..m , ) определено множество объектов L, которое определяет количество узлов в данной зоне.

Прямой поток определяется как сумма исходящих потоков всех узлов зоны (включая зональный центр), за вычетом тех потоков, которые замыкаются внутри зоны.







Обратный поток определяется как сумма приходящих потоков ко всем узлам зоны (включая зональный узел) за вычетом потоков, генерируемых узлами данной зоны по друг к другу.







Как на зональном уровне (между узлом доступа и узлом зоны) так и на магистральном уровне (между зональным узлом и центральным узлом) из двух потоков (прямой и обратный) выбирается максимальный.


^ 6. Уменьшение нагрузки на центральный узел


Центральный узел – это наиболее уязвимое место сети, т.к. при выходе из строя коммутатора уровня ядра (если не предусмотрено его резервирование) сеть становится неработоспособной. Поэтому, с целью разгрузки центрального коммутатора сети, необходимо предусмотреть введение поперечных связей на уровне распределения. Для этого формируется матрица информационного тяготения между всеми зонами сети Сзон розмером m*m, где m – количество зон в сети.

Поперечная связь вводится между зонами, между которыми существует максимальный информационный поток, тоесть



Данный поток пройдет напрямую между двумя зонами, минуя центральный узел. Эти изменения необходимо зафиксировать в матрице связи С, тоесть осуществить повторный рассчет потоков, которые пройдут на участках между соответствующими зональными узлами Jр и центральным узлом коммутации К.


^ 7. Обмен информацией с внешними сетями


Весь проведенный расчет осуществлялся исключительно для потоков, которые замыкаются внутри синтезированной сети. Потому кроме того, что было описано выше, необходимо предусмотреть обмен информацией с внешними сетями. Точка обмена трафиком с внешними сетями располагается на центральном узле. Значит, для учета данного обмена необходимо увеличить нагрузку вертикальных связей матрицы С на соответствующую величину. Будем считать, что на внешние сети приходится 3% от информационного потока, который генерируется на каждом объекте сети.


^ 8. Выбор коммутационного оборудования


На основании перечня рекомендованного оборудования, приведенного в Приложении В, необходимо осуществить выбор коммутаторов АТМ, обслуживающих сеть. Выбор типа коммутатора и определение типа его модулей производится в зависимости от ег