Файл: Методические указания по выполнению расчетнографических работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации.pdf

Некоммерческое акционерное общество
Кафедра телекоммуникаций и инновационных технологий
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ РАДИОТЕХНИКИ И
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
Методические указания по выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071900
«Радиотехника, электроника и телекоммуникации»
Алматы 2022
АЛМАТИНСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ЭНЕРГЕТИКИ И
СВЯЗИ имени
Гумарбека Даукеева

2
СОСТАВИТЕЛЬ: Темырканова Э.К., Гармашова Ю.М. Специальные вопросы радиотехники и телекоммуникаций. Методические указания по выполнению расчетно-графических работ для студентов для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации». - Алматы: НАО АУЭС, 2022. – 16 с.
Методические указания содержат две расчетно-графических работы, а также материалы, поясняющие принцип решения основных пунктов РГР, перечень рекомендуемой литературы.
Методические указания предназначены (для студентов всех форм обучения специальности
5В071900
«Радиотехника, электроника и телекоммуникации»).
Ил. - 2, табл. - 6, библиогр.- 5 назв.
Рецензент:
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связиимени Гумарбека Даукеева» на
2022 г.
© НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени
Гумарбека Даукеева», 2022 г.

3
Введение
Выполнение двух расчетно-графических работ направлено на получение знаний, связанных с вопросами определения пропускной способности магистральных каналов сети ATM и выполнения теоретической части дипломного проекта.
Первая РГР посвящена вопросам определения пропускной способности магистральных каналов сети ATM крупной корпорации. Студентам необходимо самостоятельно определить категорию пользователей сети и произвести все необходимые расчеты в соответствии с вариантом.
В первой РГР приводятся необходимые обоснования принимаемых решений, выполненные расчеты, функциональные схемы, таблицы и графики, необходимые для пояснения. В работе не следует помещать описательный материал, имеющийся в учебниках и учебных пособиях.
Во второй РГР студент разрабатывает теоретическую часть дипломного проекта в соответствии с утвержденной темой.
Последовательность выполнения РГР и пояснения к заданию даны в методических указаниях по выполнению РГР. Пояснительная записка пишется на одной стороне каждого листа белой (без линеек) бумаги.
Каждый студент выполняет обе РГР в одном варианте.
1 Цели и задачи РГР
Выполнение расчетно-графических работ направлено на закрепление знаний, полученных при изучении дисциплины «Специальные вопросы радиотехники и телекоммуникаций». Последовательность выполнения работ и пояснения к заданиям даны в методических указаниях. Пояснительная записка пишется в электронном виде в документе Microsoft Word с соблюдением ГОСТ НАО АУЭС.
2 Содержание пояснительной записки к РГР
В пояснительной записке необходимо: обосновать цель каждой РГР, произвести расчеты в соответствии с исходными данными и в заключении сделать вывод по каждой проделанной РГР.
2.1 РГР№1 «Определения пропускной способности магистральных каналов пакетной сети»
2.1.1 Задание к РГР№1
Сеть АТМ построена на основе объединения локальных сетей корпораций. Локальная сеть каждой корпорации строится по технологии Fast
Ethernet 100Base-TX с пропускной способностью 100 Мбит/с. Необходимо определить пропускную способность магистральных каналов сети ATM

4 крупной корпорации. Для этого в курсовой работе необходимо сделать следующее:
1 Определить количество пользователей всех категорий.
2 Определить общий объем передаваемой информации между локальными сетями в течение одного рабочего дня с учетом того, что: а) сеть имеет несколько локальных сетей; б) пользователи могут передавать различные виды информации; в) каждая категория пользователей имеет свой объем передаваемой информации в Мбайт за рабочий день;
3 Определить число кадров ATM для передачи полезной информации их скорость поступления и общую длину кадра.
4 Рассчитать время обслуживания одного кадра и скорость обслуживания с заданным шагом.
5 Определить степень использования магистрального канала связи и вероятность отсутствия кадров в магистральном канале.
6 Построить график зависимости степени использования канала и вероятности отсутствия кадров от пропускной способности канала и выбрать пропускную способность магистрального канала с учетом запаса пропускной способности.
7 Определить параметры магистрального канала.
Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета и первой буквой фамилии студента. Исходные данные, помещенные в таблице 1.1, выбирают по первой букве фамилии студента, данные из таблицы 1.2 выбирают по последней цифре номера студенческого билета, а данные из таблицы 1.3 - по предпоследней цифре номера и данные из таблицы 1.4 - по первой букве фамилии студента.
Исходные данные приведены в таблицах 1.1, 1.2, 1.3, 1.4.
Таблица 1.1
Первая буква фамилии студента
Кол-во
ЛВС, шт
Общее количество пользователей в сети АТМ, шт.
Время работы для передачи данных мультимедиа, час.
А-В
9 420 3
Г-Е
2 210 5
Ж-И
4 130 7
К-М
5 597 2
Н-П
7 328 4
Р-Т
2 504 8
У-Х
6 625 6
Ц-Ч
3 175 5
Ш-Щ
8 934 3
Э-Я
10 1138 7

5
Таблица 1.2
Последняя цифра номера студенческого билета
Кол-во пользователей электронной почтой, %
Кол-во пользователей загрузкой ПО с удаленного файл-сервера,
%
Кол-во пользовате лей удален- ными БД,
%
Кол-во пользовате- лей передачей данных мультиме- диа, %
1 98

100 45

50 60

70 10

20 2
80

90 35

40 55

70 10

30 3
60

90 25

60 60

75 15

20 4
70

100 40

50 50

60 15

25 5
80

100 36

55 60

70 10

18 6
60

80 30

40 50

70 12

20 7
70

90 27

30 55

65 10

25 8
95

100 40

49 60

65 10

20 9
92

100 35

50 60

70 15

30 0
85

90 45

50 64

70 12

25
Таблица 1.3
Предпоследняя цифра номера студенческого билета
Пересылка документов по электронной почте, кол-во Мбайт
Загрузка ПО с удаленного файл- сервера, кол-во
Мбайт
Работа с удаленными БД, кол-во Мбайт
1 3
7 10 2
5 5
20 3
2 11 15 4
7 3
17 5
9 14 26 6
4 9
30 7
6 6
22 8
10 15 19 9
8 4
13 0
3 8
28
Таблица 1.4
Первая буква фамилии студента
Объем информации передаваемой сервером, Гбайт
Продолжит ельность рабочего дня, в час.
Скорость работы магистраль- ного канала,
Мбит/с
Доля от общего объема передаваемой серверами информации n
1
n
2
А-В
2 8
1

41 75 25
Г-Е
3 7
1

45 85 15
Ж-И
10 6
1

30 65 35

6
Продолжение таблицы 1.4
К-М
5 9
1

50 70 30
Н-П
6 10 1

55 60 40
Р-Т
7 8
1

42 80 20
У-Х
8 7
1

40 90 10
Ц-Ч
9 6
1

47 55 45
Ш-Щ
4 9
1

53 75 25
Э-Я
3 10 1

51 50 40
2.1.2 Методические указания к выполнению РГР№1
Сеть АТМ включает в себя локальные сети корпораций и в сети АТМ происходит одновременная работа большого числа пользователей (таблица
1.1), равномерно распределенных по локальным сетям. В сети АТМ организован постоянный высокоскоростной обмен информацией между сетями, т.е. локальные сети объединены в единую распределенную сеть.
Локальная сеть каждой корпорации строится по технологии Fast Ethernet
100Base-TX с пропускной способностью 100 Мбит/с. В качестве передающей среды используется неэкранированная витая пара 5 категории (UTP-5).
Прокладка кабеля от концентраторов до каждой точки осуществляется вдоль стен здания по специальным кабельным каналам.
Применена звездообразная структура сети, она подразумевает наличие в сети концентраторов, которые объединяют нагрузку от некоторой группы компьютеров. В свою очередь все концентраторы объединяются с помощью коммутаторов ЛВС также в звездообразную структуру.
На каждом этаже корпораций располагается несколько рабочих компьютеров, которые подключены к концентратору. Все концентраторы объединяются коммутаторами 2-го уровня, в которые также включаются один файл-сервер и один сервер базы данных.
Таким образом локальная сеть корпорации строится по иерархической структуре с тремя уровнями иерархии:

на самом нижнем уровне находятся конечные компьютеры и концентраторы;

на следующем уровне находятся коммутаторы 2-го уровня
(коммутаторы рабочих групп) и серверы рабочих групп;

на самом верхнем уровне - коммутаторы 1-го уровня (коммутаторы локальной сети) и общие серверы;
Пример структуры локальной сети, соответствующей иерархической структуре, приведен на рисунке 2.1.
Иерархический уровень распределенной сети начинается с устройства доступа ATM. Устройство доступа выполняет функции согласования и преобразования кадров передачи локальной сети в кадры сети ATM. По локальной сети передаются кадры Ethernet, длиной 1250 байт. Устройство доступа преобразует их в кадры ATM, длиной 48 байт и снабжает

7 сформированные кадры ATM адресной информацией. Эти функции выполняются с помощью процедуры LANE - LAN Emulation (эмуляция ЛВС).
Сформированный ATM-поток поступает на ATM-коммутатор. Также в
ATM-коммутатор включены корпоративные высокопроизводительные серверы баз данных и файл-серверы. Серверы подключаются по протоколу
ATM. Коммутатор ATM осуществляет обработку и перераспределение ATM- потока между локальными сетями и серверами.
Сетевое оборудование распределенной сети: устройства доступа ATM, коммутатор ATM и крупные серверы располагаются там же, где располагается сетевое оборудование ЛВС. Структура распределенной сети приведена на рисунке 2.2.
2.1.2.1 Определение количества пользователей
В сети предприятия работают несколько категорий пользователей:

пользователи, использующие компьютерную сеть для передачи документов с помощью электронной почты. Для этих пользователей можно принять объем передаваемой информации N Мбайт за рабочий день, причем эта нагрузка распределена относительно равномерно в течение всего рабочего дня;

пользователи, производящие загрузку программ с удаленных файловых серверов. Характерная черта этих пользователей заключается в том, что они создают большую загрузку в начале рабочего дня (при загрузке программ) и в конце рабочего дня (при сохранении результатов работы) на протяжении короткого промежутка времени. Общий объем информации, передаваемый каждым пользователем данной категории, примем равным N
Мбайт в день, причем время, затрачиваемое на передачу, составляет не более
1,5 часов в течении всего рабочего дня;

пользователи, регулярно работающие с удаленными базами данных.
Эта категория пользователей создает равномерную нагрузку на сеть в течение всего рабочего дня и общий объем передаваемых данных составляет N Мбайт в день;

пользователи, пользующиеся услугами телеконференций для проведения рабочих совещаний и переговоров, т.е. передающие данные мультимедиа. Число таких пользователей в сети относительно небольшое, но они создают значительную нагрузку на сеть, т.к. для обеспечения приемлемого качества передаваемого аудио/видеосигналов необходимо использовать полосу пропускания не ниже 1024 кбит/с. Общая продолжительность работы каждого пользователя составляет n часа в день, причем нагрузка распределяется в основном равномерно на протяжении всего дня.
Каждый пользователь локальной сети корпорации может осуществлять передачу нескольких видов информации: передавать документы с помощью электронной почты, загружать программы с удаленных файловых серверов,

2
Рисунок 2.1 – Структура локальной сети

3
Рисунок 2.2 – Структура распределительной сети АТМ
V
V
кан
V
обслуж t
обсл

10 работать с удаленными базами данных, пользоваться услугами телеконференций.
Тогда один и тот же пользователь будет относиться одновременно к нескольким видам категорий.
Поэтому при определении количества пользователей определенной категории из общего числа пользователей необходимо учесть данный фактор и исходные данные взять из таблиц 1.1 и 1.2.
2.1.2.2 Расчет пропускной способности магистрального канала сети
ATM в корпорации
Для расчета пропускной способности магистрального канала сначала необходимо определить общий объем передаваемой информации между локальными сетями в течение одного рабочего дня.
Для расчета общего объема передаваемых данных пользователями ЛВС следует воспользоваться формулой 2.1
Q
Q N
п i
i i


*
, байт
(2.1) где Qi - объем передаваемых данных одним пользователем i-той категории, байтах;
Ni - число пользователей i-той категории в одной локальной сети.
Объем передаваемых данных мультимедиа одним пользователем определяется по формуле
Q
q
t
м/м

8 3600
* *
, байт
(2.2) где q - скорость передачи данных мультимедиа, бит/с; t - время передачи, час.
В компьютерной сети работают серверы различных служб (файл- серверы, серверы баз данных, постовые серверы и т.д.), они работают круглосуточно, однако пик их работы приходится на рабочий день.
Для расчета объема передаваемой серверами информации по распределенной сети предположим, что в каждую ЛВС включен один файл- сервер и один сервер базы данных. Следовательно, на всю распределенную сеть предприятия приходится
N = N
ЛВС
*2, шт (2.3) где N - число ЛВС.
Каждый сервер в течение астрономических суток передает информацию объемом N Гбайт, причем n
1
% всей информации передается в течение

11 рабочего дня и лишь n
2
% в ночное время, когда происходит обновление данных на всех серверах без участия пользователей.
Для расчета количества передаваемой серверами информации следует использовать формулу 2.4.
Q
Q
N K
с i

*
*
, байт
(2.4) где Qi - объем передаваемой информации одним сервером, байт;
N - число одновременно работающих серверов;
K - доля от общего объема передаваемой серверами информации, приходящейся на рабочий день.
Для расчета пропускной способности коммутатора ATM необходимо учесть, что он работает в дуплексном режиме, т.е. одновременно может передавать и принимать данные.
Общий объем данных, обрабатываемых коммутатором ATM следует определить по формуле 2.5.
Q Q
Q


п с
, байт
(2.5) где Qп - объем передаваемых пользователями данных;
Qс - объем передаваемых серверами данных.
Необходимое число кадров ATM для передачи полезной информации рассчитывается по формуле 2.6.
N
Q
кадров
 




48 1
, кадров/день
(2.6) где Q - объем передаваемой информации, байт;
48 - длина информационной (полезной) части одного кадра ATM;
[ ] - обозначают целую часть.
Для расчета пропускной способности магистрального канала связи необходимо воспользоваться математическим аппаратом теории массового обслуживания.
Для использования теории массового обслуживания необходимо знать соотношение между скоростью поступления кадров и скоростью обслуживания.
Скорость поступления кадров следует определить исходя из интенсивности трафика, т.е. от количества передаваемых кадров по формуле
2.7.
V
N
T

кадров
* 3600
, кадров/с
(2.7)

12 где N
кадр.
- количество передаваемых кадров в течение рабочего дня;
T - продолжительность рабочего дня, час.
Для передачи информации по магистральной сети к информационным пакетам добавляется адресная информация, следовательно общую длину кадра, передаваемого по магистральному каналу, следует рассчитывать по формуле 2.8.
L
L
L
кадра инф адр


, байт
(2.8) где L
инф
- длина информационной части кадра;
L
адр
- длина адресной части кадра.
Для расчета скорости обслуживания задается некоторая фиксированная скорость работы магистрального канала. Время обслуживания одного кадра следует определить по формуле 2.9.
t
L
V
обс. кад.
кадра канала

*8
, сек.
(2.9) где L
кадр.
- длина передаваемого кадра, байт;
V
кан.
- скорость обмена информации в магистральном канале, бит/с.
Время передачи кадра отождествляется с временем обслуживания.
Скорость обслуживания является обратной величиной ко времени обслуживания
V
t
V
L
обслуж обс.кад.
канала кадра


1 8
*
(2.10)
В результате расчета скорости обслуживания возможны две ситуации:

скорость обслуживания кадров оказывается больше, чем скорость поступления кадров. В этом случае пропускной способности магистрального канала оказывается более чем достаточно. Однако необходимо учитывать, что скорость поступления кадров - это средняя по времени величина. Существуют такие ситуации в часы наибольшей нагрузки, когда происходит передача крупных порций информации, интенсивность которых превосходит возможности пропускной способности магистрального канала.

скорость обслуживания кадров оказывается меньше, чем скорость поступления кадров. В этом случае пропускная способность магистрального канала оказывается недостаточной. Магистральный коммутатор в данном случае осуществляет буферизацию данных: вновь принимаемые кадры накапливаются в буферной памяти до тех пор, пока не будут переданы

13 предыдущие кадры. В данном случае возникают очередь и задержки. Теория массового обслуживания позволяет оценить время задержки исходя из скорости работы линии связи.
Результаты расчета для скорости работы магистрального канала от N1
Мбит/с до N2 Мбит/с с шагом изменения скорости 2 Мбит/с следует занести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Результаты расчета скорости обслуживания в магистральном канале
Параметр
Скорость передачи информации в магистральном канале, Мбит/с t
обс.кад.
, сек
V
обслуж.
, к./с
Степень использования магистрального канала связи следует определить по формуле 2.10
P
V
V

обслуж.
,
(2.31) где V - скорость поступления кадров;
V
обслуж
- скорость обслуживания кадров.
Зная степень использования магистрального канала следует рассчитать вероятность отсутствия кадров в магистральном канале по формуле 2.12.
P
P
0 1
 
,
(2.12) где P - степень использования магистрального канала.
Результаты расчета необходимо свести в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 - Результаты расчета степени использования и вероятности отсутствия кадров
Параметр
Скорость передачи информации в магистральном канале, Мбит/с
P
P0
По результатам расчета необходимо построить график зависимости степени использования канала и вероятности отсутствия кадров от пропускной способности канала.
Далее необходимо проанализировать график и выбрать пропускную способность магистрального канала N Мбит/с с учетом запаса пропускной способности для часов наибольшей нагрузки и сделать вывод.