КОРПОРАТИВНАЯ РЕГИОНАЛЬНАЯ МУЛЬТИСЕРВИСНАЯ СЕТЬ НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ RADIOETHERNET. СПЕЦИФИКА ПОСТРОЕНИЯ И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

July 17, 2012 by admin Комментировать »

Бобров А. И., Бобров С. И. Дочернее предприятие "S&T Soft-Tronik", Украина, 04053, Киев, ул. Кудрявская, 11а тел.: +38 (044) 238-6388, E-Mail: sergey.bobrov@sntst.com.ua

Аннотация Рассмотрены принципы построения, процесс проектирования, топология, структура узлов региональной беспроводной мультисервисной распределенной сети на базе RadioEthernet на примере корпоративной сети ОАО «ЖитомирОблЭнерго». Затронута специфика передачи голосового трафика и вопросы безопасности.

I.  Введение

Все больше современных крупных предприятий принимают решение о построении корпоративной информационно телекоммуникационной сети. Это обусловлено необходимостью передавать команды, получать отклики, вести учет доступных ресурсов, собирать статистику в едином, удобном для обработки и анализа виде в реальном масштабе времени. Разумеется, что в такой системе должна быть реализована передача данных, телефонная и факсимильная связь, телеконференции и пр.

II.  Теоретическая часть

Рассмотрим современные принципы построения корпоративных сетей (КС), которым следуют передовые системные интеграторы за рубежом и в Украине:

–     сеть должна строиться на принципах коммутации пакетов для эффективного использования пропускной способности каналов связи;

–     для повышения надежности в сети должно быть реализовано резервирование магистральных каналов, бесперебойное питание телекоммуникационного и серверного оборудования, кроме того, сеть должна строиться на принципах использования надежного, удовлетворяющего открытым стандартам оборудования и «правильного» дизайна сети;

–     для передачи разнородного трафика в такой мультисервисной сети должно повсеместно обеспечиваться качество обслуживания (QoS);

–     телефония должна строиться на базе пакетной передачи голоса (VoIP, VoFR, VoATM,…).

Любая эффективно работающая информационная система требует надежных и высокоскоростных каналов связи. Зачастую распределенные предприятия расположены на территории региона (области) или их подразделения расположены в местах со слабой или отсутствующей телекоммуникационной инфраструктурой, поэтому выбор типа линии связи для организации каналов связи в таких КС является одним из важнейших проектных решений, от которых зависят стоимость создания и владения сетью, доступные сервисы, возможности развития и пр.

Рассмотрим четыре доступные в наших условиях типа линии связи:

–      Проводные (медные и оптоволоконные);

–      Спутниковые геостационарные;

–      Радиорелейные;

–      RadioEthernet.

Кратко приведем сравнительный анализ этих типов линий связи:

Проводные наилучшее решение, особенно оптоволоконные, скорости до сотен мегабит в секунду, наибольшее количество проверенных технологических решений, но, к сожалению, недостаточное количество соответствующих линий связи и значительные материальные ($ 8-20 тыс. за погонный километр) и временные (1,5-5 километров в день) затраты на прокладку новых, а так же вандализм и хищения не позволяют использовать проводные линии связи повсеместно, хотя это предпочтительное решение.

Спутниковые характеризуются глобальным покрытием, быстрым развертыванием; приемлемое решение для связи на большие расстояние (от 400 км.). Ограничениями являются большая задержка передачи информации (время распространения радиоволн 240-480 мс), что критично для голоса (Рекомендация ITU-T G.114), а также достаточно высокая стоимость аренды транспондера.

Радиорелейные классическая радиотехнология точка-точка, высокие скорости (до сотен мегабит в секунду), рабочие частоты единицы и десятки гигагерц, длина пролета до 80-100 км., много проверенных технологических решений. Ограничением является необходимость прямой видимости между антеннами и лицензирования частот, а также высокая стоимость оборудования и частотного ресурса.

RadioEthernet новая радиотехнология, характеризуется скоростями до 54 Мб/с, использованием шумоподобных синалов (ШПС), высокой помехоустойчивостью; частотные диапазоны 2,4 и 5 ГГц, длина пролета до 50 км. Ограничениями являются, общие для всех радиотехнологий в диапазоне СВЧ, необходимость лицензирования частот и обеспечения прямой видимости между антеннами.

Существует три стандартизированные модификации RadioEthernet, описанные в рекомендациях: IEEE 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11 д. Все из них базируются на стандарте IEEE 802.11, принятом в 1997 году, но вследствие его ограниченной функциональности, были разработаны модификации. Отличия каждой из них настолько значительны, что требуют хотя бы краткого описания:

IEEE 802.11а был принят в 1999 году, характеризуется скоростями до 54 Мб/с, частотным диапазоном 5,15 5,35; 5,725 5,825 ГГц.; используемая модуляция ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), оборудование начало выходить на рынок в 2002.

IEEE 802.11b был принят в 1999 году, характеризуется скоростями до 11 Мб/с, частотным диапазоном 2,4 2,489 ГГц.; расширение спектра методом прямой последовательности (DSSS), практически все оборудование RadioEthernet представленное на рынке оборудование стандарта 802.11b.

–      IEEE 802.11 g планируется к принятию в 2003 году, характеризуется скоростями до 54 Мб/с, частотным диапазоном 2,4 2,489 ГГц.; используемая модуляция OFDM, вследствие незавершенности работы над стандартом сертифицированного оборудования пока нет.

Здесь не рассматриваются такие технологии как LMDS, низкои среднеорбитальные спутниковые системы, GSM/NMT в силу того, что либо их стоимость создания или владения чрезмерно высоки для КС, либо их параметры не удовлетворяют требования КС.

Одними из основных услуг КС являются телефония, факс, селектор и диспетчерская связь. Передача голоса по пакетным сетям связи имеет ряд особенностей. Для передачи аналогового по своей природе голоса через цифровые сети необходимо его оцифровать при помощи кодеков. Есть три наиболее распространенных стандартизированных кодека ITU-T:

–      G.711 (необходимая пропускная способность канала для размещения одного телефонного разговора 91,1 кб/с, количество пакетов в секунду для одного размещенного разговора 10);

–      G.729a (соответственно 29,6 кб/с и 20 пакетов в секунду);

–      G.723.1 (соответственно 24,2 кб/с и 30 пакетов в секунду).

Требования к задержке передачи голоса описывается в рекомендации ITU-T G.114, где говорится, о том, что для сетей общего пользования задержка при передаче голоса в одну сторону не должна превышать 150 мс и для специальных приложений, при условии, что пользователь будет извещен о снижении качества, может быть увеличена до 400 мс.

II.  Практические результаты

На основании вышеописанных идей и принципов была реализована КС ЖитомирОблЭнерго.

В 2002 году руководство ЖитомирОблЭнерго для борьбы с коммерческими и техническими потерями приняло решение о создании КС, задачей которого является получение объективной своевременной информации о поступлении и расходе электроэнергии и пр. По результатам тендера исполнителем проекта была определена компания S&T СофтТроник. Требования к КС были следующие:

–      скорость передачи данных от подразделения к центру не менее 64 кб/с;

–      количество одновременных телефонных переговоров от подразделения не менее трех;

–      предоставление услуг селекторной и диспетчерской связи;

–      резервирование магистральных каналов;

–      минимизация стоимости создания и владения;

–      желательно, чтобы все компоненты КС принадлежали ЖитомирОблЭнерго.

В процессе обследования проведенного в рамках проекта было выяснено, следующее:

–      количество объектов информатизации 41,

–      расстояние между соседними подразделениями от 16 до 38 км,

–      большинство из подразделений находится вдалеке от телекоммуникационных трасс операторов связи,

–      объекты ЖитомирОблЭнерго расположены в Житомирской области на территории 60 тыс км2.

По результатам обследования и на основании анализа, проведенного ранее, было принято решение об использовании RadioEthernet (стандарт IEEE 802.11b), для организации каналов связи в КС ЖитомирОблЭнерго.

Планирование сети началось с того, что были определены возможные, с точки зрения IEEE 802.11b, каналы связи т.е. ребра графа будущей сети и проведены пространственно-энергетические расчеты для определения необходимой высоты подвеса антенн с учетом рельефа местности, т. к. для организации радиоканала в диапазоне СВЧ необходимо обеспечить прямую видимость между антеннами, это достигается размещением антенн на необходимой высоте, с учетом рельефа, искривления Земли и 60 % первой зоны Френеля (критичной области распространения радиоволн). Например, для частоты 2442 МГц и дальности связи 40 км, необходимая высота подвеса с учетом зоны Френеля, искривления Земли, но без учета рельефа составит 45 м.

После этого получившийся граф оптимизировали по критериям:

–      высота радиомачты, обеспечивающей необходимую высоту подвеса, не более 80 м.;

–      длина радиотрассы не более 40 км.;

–      количество излучающих устройств RadioEthernet на каждой радиомачте не более 4.

При оптимизации учитывались требования:

–      установка всего оборудования КС только на охраняемых площадках ЖитомирОблЭнерго;

–      обязательное резервирование магистральных каналов.

Следующим этапом проектирования стал выбор параметров сети и протоколов для передачи критичного к задержке (голосового) трафика по сети и быстрого восстановления связи после аварий. Было решено использовать стек протоколов TCP/IP, обеспечить во всей сети качество обслуживания (QoS) для приоритетного обслуживания голосового и пр. критичного трафика. Для обеспечения быстрой сходимости сети был выбран протокол маршрутизации OSPF (Open Shortest Path First), в результате чего в функционирующей сети при выходе из строя одного из магистральных каналов, все таблицы маршрутизации перестраиваются и передача данных и голоса возобновляется по запасному маршруту менее чем через 5 с., при этом телефонная связь не обрывается.

В результате выполнения проекта и решения многих других сопутствующих задач была построена корпоративная мультисервисная распределенная сеть ЖитомирОблЭнерго. Сеть состоит из 40 узлов, соединенных 44 каналами RadioEthernet, с минимальной длиной 2,3 км., максимальной 38 км., а также 5 проводными G.SHDSL каналами, длиной 1,5-3 км. с пропускной способностью 2 Мб/с каждый.

Топология построенной сети представлена на рис. 1.

Узлы сети делятся на: магистральные и оконечные.

Магистральные узлы это узлы, которые обеспечивают транзит через себя трафика других узлов и, соответственно, имеют более одного радиоканала, подключаемого к нему.

Оконечные узлы не обеспечивают транзит через себя, имеют один радиоканал, и находятся на периферии сети.

Рис. 1. Топология построенной корпоративной сети Fig. 1. Corporate network topology

На рис. 2 представлена структурная схема магистрального узла.

Рис. 2. Схема магистрального узла сети Fig. 2. Trunk node diagram

В его состав входит: маршрутизатор Cisco 3640, который является ядром узла, обеспечивает коммутацию радиоканалов, подключение локальной сети, обеспечение QoS в сети, к нему, через интерфейсы Ethernet, подключаются RadioEthernet устройства Cisco AiroNet Wireless Bridge 350, находящиеся на радиомачте и локальная сеть через коммутатор Cisco Catalyst 2950-24. Телефонная связь обеспечивается 1РТелефонами Cisco IPPhone 7960 и аналоговыми телефонными аппаратами, подключенными к аналоговым портам маршрутизатора.

Оконечный узел имеет подобную структуру, но, в силу отсутствия транзитного трафика, подключается только один беспроводный мост и используется несколько менее производительный маршрутизатор Cisco 2651.

Львиная доля оборудования, на котором построена сеть это оборудование Cisco Systems, а именно все маршрутизирующее и коммутирующее, оборудование телефонии и большая часть каналообразующего оборудования. Кроме того, использовалось оборудование и ПО таких фирм как RAD, HP, АРС и пр.

Задача передачи голосового трафика в сети решается на базе технологии Voice over IP (VoIP). Управление этим сервисом осуществляется из двух равносильных центров (основного и резервного) работающих в режиме горячего резерва и состоящих из IP Телефонной станции Cisco CallManager 3.3 для управления работой 1РТелефонов и передачей голосового трафика и специализированного голосового шлюза Cisco VG-200 для организации телеконференций (селектора). Телефонные сервисы в узлах сети обеспечиваются при помощи голосовых шлюзов на базе маршрутизаторов Cisco Systems с функцией QoS, IP Телефонов и аналоговых телефонов, подключенных к маршрутизатору.

Такое построение в сочетании с поддержкой QoS во всей сети и исполнением требований соответствующих стандартов позволило обеспечить надежную голосовую связь, при этом видно, что если использовать даже самый ресурсоемкий кодек G.711, то в пределах полосы канала IEEE 802.11b можно разместить почти 60 одновременных телефонных разговоров. Задержка при передаче голоса в КС ЖитомирОблЭнерго между самыми удаленными точками не превышает 150 мс, что удовлетворяет требованиям ITU-TG.114.

Обеспечение безопасности сети можно разделить на три направления:

Защита от взлома из глобальных сетей реализуется установкой брандмауэра Cisco PixFirewall 515Е в единой точке подключения к глобальным сетям, а также путем инсталляции системы определения вторжений Cisco Host IDS v.2.5 на жизненно важные серверы.

Защита от перехвата и взлома радиоканала реализуется на базе шифрования передаваемых данных сеансовыми 128-битными ключами и использования Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) и Message Integrity Check (MIC).

Защита от несанкционированного подключения реализуется на основе единого управления всеми учетными записями, контроля доступа в соответствии с протоколом IEEE 802.1 х, MAC фильтрации, нераспространения уникальных SSID и ограничения количества ассоциаций.

Этот комплекс мер объединяет способы сетевой защиты, применяемые как в обычных проводных сетях, так и в современных беспроводных сетях (проблемы с безопасностью обнаруженные в базовом IEEE 802.11 успешно преодолены в его модификациях с использованием дополнительных мер защиты), что позволяет говорить о реализации надежной полномасштабной системной политики в области безопасности в КС ЖитомирОблЭнерго

III.  Заключение

В результате выполнения проекта корпоративной беспроводной мультисервисной сети ЖитомирОблЭнерго была построена сеть, охватывающая подразделения заказчика во всех районных центрах и некоторых других населенных пунктах житомирской области и реализующая следующие сервисы:

•      обеспечена передача данных между соседними

подразделениями с битовой скоростью -11 Мб/с;

•      обеспечена работа основных прикладных задач информационной системы биллинга, автоматической системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), финансово-экономической подсистемы, документооборота, доступ к централизованным БД и пр;

•      обеспечена одновременная работа в пределах полосы пропускания канала на приоритетной основе до 60 телефонных соединений на пролет;

•      обеспечена диспетчерская и селекторная связь между руководителями подразделений.

Таким образом, требования заказчика к сети полностью выполнены, больше того параметры реализованной сети несколько лучше, чем указанные в требованиях, что не увеличило стоимость создания КС, но позволяет предоставлять часть ресурсов сети сторонним организациям и операторам, а также использовать возведенные радиомачты для размещения антенн операторов мобильной, транкинговой и пейджинговой связи.

Предполагаемое продолжение проекта обеспечивает расширение сети с подключением остальных небольших подразделений, подключение счетчиков, устройств телемеханики и расширение качественных количественных показателей сети по мере расширения спектра требуемых услуг.

CORPORATE REGIONAL MULTISERVICE NETWORK ON THE BASIS OF RADIOETHERNET TECHNOLOGY. SPECIFITY OF CREATION AND EXPERIENCE OF OPERATION

Bobrov A.I., Bobrov S.I.

"S&T Soft-Tronik",

11a, Kudryavska str.

Kyiv, Ukraine, 03056 tel.: +38 (044) 238-6388 E-Mail: sergey. bobrov@sntst. com. ua

Abstract Discussed in this paper are the principles of design, creation, topology, structure of cross-points of regional wireless multiservice distribution network on the basis of RadioEthernet. Corporate network of "ZhytomirOblEnergy" was taken as an example. Specificity of voice traffic transmission and problems of safety are mentioned.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты