Технология проектирования сетей среднего масштаба

Проектирование сложных технических систем, таких как локальные, корпоративные и телекоммуникационные вычислительные сети - сложный многоуровневый процесс. Он заключается в построении оптимальной системы, максимально использующей свои ресурсы. При моделировании сети, специалист должен обладать рядом статистических данных, после обработки которых, он может выбрать оптимальные характеристики и тип сети, так же чтоб в будущем внести изменения в ее конфигурацию. При проектировании новой сети проектировщик может лишь предвидеть, прогнозировать, как будет загружен тот или иной сетевой канал, насколько велик будет объем вычислений, производимых тем или иным узлом сети.

Первоначально необходимо создавать проект сети, с возможностью моделировать и оптимизировать его, до того, как начаты работы по созданию физической сети. Основные методы моделирования и перестроения сетей построены на том, что с существующей сети, путем многократных статистических измерений, снимаются данные о трафике, вычислительной загрузке узлов. Затем эти данные анализируются, и эксперт выдает рекомендации по перестроению сегментов или всей сети в целом. Кроме этого, при проектировании сети с нуля, измерений для анализа не имеется, и проектировщик может оперировать лишь прогнозами. Следовательно, необходимо в систему проектирования вводить описания прикладных процессов, которые позволят даже на основании прогнозных данных вырабатывать оптимальные решения.

К сетям среднего масштаба можно отнести городские вычислительные сети (Metropolitan area network, MAN). MAN сети это объедение компьютеров в пределах города, представляющие собой сеть по размерам меньшую чем WAN, но большую, чем LAN. Недавние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в Интернет, привели к созданию других MAN, которые описаны в стандарте IEEE 802.16, который описывает широкополосные беспроводные ЛВС.

Многочисленные публикации, посвященные моделированию сетей связи, начиная с классических работ Д. Флинта, Д. Бертсекаса, Р. Галлагера, J1. Клейнрока, М. Шварца, А.П. Харкевича и др., в которых были описаны основные методы построения математических моделей и анализа сетей связи, и, заканчивая самыми последними разработками сегодняшнего дня, позволяют констатировать факт наличия интереса научных кругов к данному предмету исследования.

Стандарт IEEE 802.16 подразумевает под собой беспроводные сети среднего масштаба с обозначением WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks). Данная технология предоставляет широкополосный доступ к сети через радиоканал.

В отличие от других технологий радиодоступа, WiMAX позволяет работать в условиях плотной городской застройки вне прямой видимости базовой станции. Это очень актуально для крупных мегаполисов, не нужно устанавливать специальные вышки, а достаточно установить базовую станцию на крышах зданий или высотных сооружений, что позволяет очень быстро развернуть такую сеть на большое расстояние.

Универсальность систем широкополосного радиодоступа позволяет использовать их для решения широкого круга задач: создание мультисервисных сетей связи крупных городов, магистральных сетей сотовых операторов, телефонизация труднодоступных районов, сельской местности, пригородов, создание конвергентных сетей связи промышленных предприятий.

Однако организация сети WiMAX в Республике Казахстан – малораспространенное явление, и на данное время эта беспроводная технология доступа применялась только в г.Астана и г.Алмата. При тестировании беспроводных сетей данной технологии выявилась масса недостатков, таких, как низкая скорость передачи данных, высокая вероятность потери части передаваемых пакетов из-за посторонних шумов, разрывы связи с повторным восстановлением соединения, а также и то, что телефонная линия во время модемного соединения занята. Сейчас эту технологию чаще всего используют, когда нет возможности подключиться иным способом.

Исходя из выше сказанного, за основу технологии проектирования сетей среднего масштаба был выбран метод построения сетей на основе оптико-волоконного кабеля. Так как строительство ВОЛС позволяет создание высоконадежной конвергентной среды передачи данных, обеспечивающей качественную передачу любого вида трафика, что в основе своей и требуется от вычислительных сетей.

ВОЛС - являются безусловным лидером при создании сетей передачи, никакие другие виды связи (радиоканал, DSL и т.д.) не в состоянии обеспечить необходимое качество и скорость.

Актуальность и необходимость, высокая технико-экономическая эффективность и фундаментальная практическая значимость применения ВОЛС (по сравнению с традиционными системами передачи информации) определяются прежде всего их способностью передавать огромнейшие потоки информации, в том числе по единичному волоконному световоду (ВС). Использование ВС вместо металлических проводников позволяет перейти в технике связи на оптические частоты, на несколько порядков превышающие частоты СВЧ диапазона, а увеличение частоты несущей расширяет диапазон пропускаемых системой связи временных частот. В ВОЛС при частоте оптической несущей, например 1013—1014 Гц, ширина полосы пропускания потенциально (теоретически) может быть в 104—106 раз большей, чем в системах радиосвязи, использующих электромагнитные волны с частотами 106—109 Гц.

Световодные системы передачи информации знаменуют собой возникновение принципиально нового направления в информатике и технике связи.

Преимущества ВОЛС очевидны. Оптические кабели обеспечивают широкую полосу пропускания при малом затухании светового сигнала, низкий уровень помех, полную безопасность, защищенность от несанкционированного доступа (этим не могут похвастаться линии, излучающие в радиодиапазоне), экономичность и долгий срок эксплуатации.

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд преимуществ перед передачей по кабелю из медных витых пар. Стремительное внедрение в информационные сети ВОЛС является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это потенциально даёт возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько ТБит/сек. Большая полоса пропускания — это одно из наиболее значимых преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

Низкий уровень шумов - в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.

Высокая помехозащищенность - поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение. В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.

Высокая защищенность от несанкционированного доступа - поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги.

Вопросам построения сетей на основе ВОЛС посвящены работы таких отечественных авторов, как  Иоргачев Д.В., Бондаренко О.В., Ердембеков М.К., Искаков А.К., Икконен В.И., Кемельбеков Б.Ж., Кемельбсков Т.Б., Мышкин В.Ф., Ниетбаев К.О., Хан В.А., Шмалько А.В. и многие другие. Данные работы посвящены физическим основам и принципам действия волоконных световодов. Освещены вопросы, относящиеся к оптическим волокнам и кабелям, включая конструкции и материалы, конструирование и технологии изготовления. Кратко отражены методы испытания кабелей. Особое внимание уделено строительству и технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи.

На сегодняшний день все большее количество серьезных организаций начинают использовать волоконно-оптические линии связи для прокладки магистралей, построения локальных сетей и объединения крупных филиалов. Оптоволокно позволяет создать надежную глобальную или локальную сеть с большой скоростью передачи информации. В наше время, объемы передаваемой информации растут в геометрической прогрессии, поэтому все большему числу компаний требуется высокая скорость передачи данных.

Большое внимание должно уделяться техническим характеристикам оптических кабелей. Существует два вида кабелей в волоконно-оптических линиях связи. А именно: кабель волоконно-оптический многомодовый и, соответственно, одномодовый.

Как следует из названия, по архитектуре одномодовый кабель не позволяет пропустить через себя более одного луча – моды. Таким образом, разница между одномодовым и многомодовым оптическим кабелем заключается в способе распространения по ним оптического излучения. Размер сердечника световода самый значительный признак, который может повлиять на то, одномодовый оптический кабель купить или какой-либо другой.

Меньший диаметр сердечника обеспечивает и меньшую модовую дисперсию, и как результат – возможность передачи информации на большие расстояния без использования роутеров, повторителей и ретрансляторов. Негативным фактором является то, что одномодовое волокно и электронные компоненты, которые обеспечивают передачу, прием и трансформацию данных, а также поддерживающие на должном уровне технические характеристики оптических кабелей, весьма дорогостоящи.

Любой инженер, закончивший проектирование волс, как конечный результат в сети получит скорость передачи данных на уровне 2.5 гбитс. Снова возникает вопрос: «Если брать для проектирования кабель волоконно-оптический, то какой именно стоит выбрать?» Все зависит от технических показателей и необходимого качества связи. Например, можно приобрести кабель оптический 8 волокон. В таком проводнике, как и указано, 8 волокон, которые размещены в центральном модуле.

При проектирование сетей на основе оптического кабеля следует уделить особое внимание таким теоретическим расчетам как:

  • - Расчет потерь в оптических соединителях
  • - Механический расчет конструкции оптического кабеля
  • - Расчет параметров надежности волокон в оптическом кабеле
  • - Механические характеристики и эксплуатационная надежность
  • - Механической прочности оптических волокон
  • - Расчет кумулятивной опасности обрыва от статических нагрузок и расчет надежности оптического волокна при его старении
  • - Расчет дисперсионных искажений

Все расчеты позволят заранее наиболее эфективно смоделировать будущую систему связи с наименьшими потерями при реализации проекта.

Следует отметить, что теоретические прогнозы нагрузок, приложенных к оптическим волокнам при эксплуатации кабельных линий передачи являются достаточно приближенными.

 

Список использованных источников

  1. Беспроводные сети. Первый шаг : Пер. с англ. — М. : Издательский дом «Вильямс», 2005.
  2. Волоконно-оптические системы передачи: вопросы оценки  работоспособности / Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Шарифгалиев И.А., Виноградова И.Л.- М.: Радио и связь, 2005. 372 с.
  3. Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов. Под ред. А.С.Немировского. – М.: Радио и связь,1986.
  4. Надежность оптических волокон. Аналитическая информация. - М.: Информэлектро, 1990. - 46 с.
  5. Ю.Иванов А.Б. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения. -М.: Компания Сайрус Системе, 1999.
  6. П.Бакланов И.Г. Методы измерений в системах связи. - М.: Эко-Трендз, 1999.-196с.
Фамилия автора: Пфетцер А.В.
Журнал: Без журнала
Год: 2013
Категория: Информатика
Яндекс.Метрика