Проектні рішення по створенню та розвитку ПХМКМ

4. Проектні рішення по створенню та розвитку ПХМКМ
4.1. Мета і завдання ПХМКМ. Структура. Принципи організації.

Ціль: Забезпечення стійкого розвитку процесів інформатизації всіх міських співтовариств шляхом створення єдиного інформаційного середовища міста.

Завдання: 1) Створення в місті єдиного інтегрального цифрового телекомунікаційного середовища, на основі об’єднання й розвитку некомерційних і комерційних телекомунікаційних ресурсів з мережею SkyNet;
2) Забезпечення співтовариств міста єдиними загальноміськими інформаційними ресурсами (ІР);
3) Розвиток загальноміських технологічних ресурсів, необхідних для формування суб’єктами співтовариств міста власних ІР.

Структура Переяслав-Хмельницької Міської Комп’ютерної Мережі (ПХМКМ)

Ядром ПХМКМ є єдине телекомунікаційне середовище, що являє собою функціонально об’єднані телекомунікаційні мережі різних форм власності. Єдність середовища досягається організацією спеціальних мережевих шлюзів і використанням єдиних протоколів взаємодії в рамках технології відкритих систем. Телекомунікаційне середовище є єдиним для всіх міських співтовариств, його ресурси доступні всім суб’єктам співтовариств. Функціональні можливості середовища (пропускна спроможність, надавані послуги, способи підключення користувачів й ін.) повинні забезпечувати рішення перспективних завдань всіх співтовариств.
На базі єдиного телекомунікаційного середовища організується єдиний інформаційний простір міста, що включає:
• Загальноміські інформаційні та технологічні ресурси, доступні всім співтовариствам міста;
• Загальні інформаційні ресурси співтовариства, зовнішній доступ до яких регулюється суб’єктами даного співтовариства;
• Індивідуальні інформаційні ресурси суб’єктів міських співтовариств.

Участь будь-якого суб’єкта міста в ПХМКМ здійснюється на добровільній основі. Регулювання діяльності як вхідних, так і не вхідних в ПХМКМ суб’єктів міста здійснюється на основі муніципального й державного законодавств. Завданням регулювання є забезпечення єдності міського інформаційного простору в інтересах всіх суб’єктів міста.

4.2. Єдине телекомунікаційне середовище
4.2.1. Структура міських телекомунікаційних мереж
4.2.1.1. Огляд існуючого стану
Міська телекомунікаційна система складається з наступних функціональних компонентів:
1. Телефонної підсистеми;
2. Підсистеми передачі даних;
3. Підсистеми прийому (ретрансляції) і віщання телевізійних сигналів;
4. Мобільного телефонного зв’язку;
5. Підсистеми прийому (ретрансляції) і віщання радіо сигналів;

В місті зараз діють кілька операторів зв’язку:
• ВАТ “Укртелеком” - надання послуг місцевого зв’язку та передачі даних;
• ISP UniSoft - послуги передачі даних, мережа SkyNet;
• ISP Infocom - послуги передачі даних;
• ISP Lucky Net - послуги передачі даних;
• Представництво “Білайн”, “UMC”, “Київстар”, “Life” - мобільний зв’язок;
• Дві системи кабельного телебачення;
• Послуги радіомовлення та інші.
Відповідно до розробленої концепції, єдиний телекомунікаційний й інформаційний простір міста досягається зусиллями всіх діючих операторів зв’язку.

Існуюча інфраструктура на фізичному рівні в місті, в основному, представлена кабельним господарством на основі міді, що перебуває у власності ВАТ « Укртелеком».
Мідні телефонні кабелі
Лінійні спорудження міської телефонної мережі складаються з абонентських і магістральних ліній. Для скорочення витрат на будівництво лінійних споруджень побудовано два будинки під автоматичні телефонні станції.
Включення абонентів у телефонну станцію здійснюється через розподільні коробки й розподільні шафи.
При цьому від телефонної станції в різних напрямках відходять великі по ємності кабелі, які, розгалужуючись на більш дрібні, заходять у розподільні шафи. Ці кабелі разом зі стосовним до них лінійним устаткуванням становлять так звану магістральну мережу.
Від розподільних шаф відходять менші по ємності кабелі (50100 пар), які, розгалужуючись, підходять до розподільним коробкам ємністю 10×2. Дані кабелі і стосовне до них лінійне встаткування становлять розподільну мережу. Від розподільних коробок до телефонних апаратів абонентів прокладаються однопарні кабелі, що становлять абонентську проводку.
Магістральні кабелі зв’язку, як правило, перебувають на балансі ВАТ «Укртелеком».
Розподільча мережа в будинках, як правило, входила до кошторису споруджуваного будинку, і після передачі будинків у комунальну власність належить відповідно комунальному господарству.
Крім того, у ряду підприємств міста збереглися на їхньому балансі магістральні кабелі різної ємності, які кінчаються, в основному, у кросах ВАТ «Укртелеком». Однак їхнє використання незалежно від ВАТ «Укртелеком» утрудняється тим, що загальноприйнятого порядку замовлення підприємствами власниками кабелів на проведення кросування між кабелями немає.
У місті є деякий запас вільної ємності в магістральних кабелях ВАТ «Укртелеком» і у магістральних кабелях зв’язку, що належать підприємствам міста.
Частина кабелів перебувають у незадовільному стані.

Оптоволоконний кабель зв’язку
Застосування оптоволоконного кабелю зв’язку забезпечує високу пропускну здатність, мале загасання, малу масу й габарити, високу перешкодозахищеність при побудові міських телекомунікацій. Останні розробки в області високошвидкісних телекомунікацій пов’язані з використанням оптоволоконного кабелю зв’язку.
В Переяславі оптоволоконних міських ліній зв’язку немає.
Радіоканали зв’язку
Використання радіоканалів для організації зв’язку усередині міста викликається наступними причинами:
1. Потребами (в основному бізнес співтовариства) у мобільному зв’язку;
2. Необхідністю створення незалежних каналів передачі даних у альтернативних ВАТ «Укртелеком» провайдерів (операторів), через високі ціни ВАТ «Укртелеком» на магістральні виділені ємності передачі даних;
3. Необхідність надавати послуги передачі даних у місцях, де комунікаційна інфраструктура відсутня.
Організація радіоканалів передачі даних найбільш дешева з погляду капітальних витрат, однак її якість нижче.
У цей час в Переяславі-Хмельницькому використається:
• Мобільний зв’язок (GSM, CDMA);
• Мережі передачі даних RadioEthernet (ISP UniSoft для зв’язку з ISP Lucky Net);
Мережа SkyNet
Мережа SkyNet побудована на основі технології Ethernet за допомогою протоколу передачі даних TCP/IP.
Технологія Ethernet на основі мідних магістральних кабелів потребує менше коштів для будівництва та супровіду ніж мережі на оптоволоконному кабелі при тих самих характеристиках.

4.2.1.2. Побудови телекомунікаційної структури ПХМКМ

Основне завдання розвитку телекомунікаційних мереж міста - створення єдиного телекомунікаційного середовища шляхом об’єднання функціональних компонентів в інтегральну систему й об’єднання мереж різних операторів через систему шлюзів.
При проектуванні телекомунікаційної системи, що відповідає вимогам інформатизації міста, необхідно враховувати швидку зміну прикладного програмного забезпечення з постійним збільшенням навантаження на канали передачі даних у порівнянні із трафіком телефонії.

ПХМКМ, як мережу передачі даних, передбачається будувати по ієрархічному принципу:
рівень 1 - високошвидкісна магістраль;
рівень 2 - локальні мережі та мініАТС;
рівень 3 - житловий будинок, кінцевий користувач (end user).

Ієрархічна структура ПХМКМ

Вимоги до характеристик кожного рівня ПХМКМ визначаються потребами співтовариства, на обслуговування якого спрямований конкретний сегмент даного рівня.
Рівень 1 - магістраль.
Вимоги до пропускної здатності магістральних каналів ПХМКМ формуються всіма співтовариствами міста. Завдання забезпечення доступу до сучасних суперкомп’ютерних обчислювальних потужностей (у Києві, Харкові), створення мережних систем дистанційного навчання, телемедицини зажадають найближчим часом швидкостей передачі даних не менш 10 Мбіт/с, а згодом до 100 Мбіт/с1 Гбіт/с. Ці можливості можуть бути реалізовані тільки на оптоволоконних каналах та мідних магістралях Ethernet.
Магістральні канали передачі даних ПХМКМ включають два сегменти:
1. Внутрішньоміські комунікації,
2. Комунікації підключення до зовнішніх телекомунікаційних мереж (Києва, України, СНД, світовим).
Рівень 2 - локальні мережі і АТС.
Створення телекомунікаційних ресурсів цього рівня буде здійснюватися суб’єктами міських співтовариств. Завдання ПХМКМ - визначити технічні й організаційні умови підключення до Рівня 1 і взаємодії в процесі експлуатації.
Рівень 3 - кінцевий користувач (end user).
Необхідні швидкості передачі даних коливаються від 9,6 Кбит/с до 1 Гбит/с, залежно від завдань кінцевого користувача. Кінцева мета на даному рівні - підвести кожному кінцевому користувачеві повноцінний канал мережі SkyNet пропускною спроможністю 100Мбіт/с, що дасть можливіть використовувати всі можливості мережі (міські ресурси, телефон, Інтернет й ін.).
4.2.2. Мережа науки, освіти та муніципальних систем

Створення в рамках ПХМКМ окремої некомерційної муніціпально-державної телекомунікаційної мережі обумовлено наступними факторами:
1) Співтовариства науки і освіти та співтовариство муніципальних систем у розвитку телекомунікаційного середовища міста відіграють провідну роль. Наукове співтовариство є мабуть основним в місті. Його представляють в першу чергу університет з викладацьким колективом та студентством, та працівники культури та музеїв. Співтовариство науки та освіти пред’являє найвищі вимоги до технічних і функціональних характеристик телекомунікаційного середовища. Від цього середовища потрібно:
 Висока пропускна здатність (100 Мбит/с-1 Гбит/с),
 Розвинені функціональні можливості, у тому числі, такі як передача зображень у реальному часі (теленаради, телеконференції, телемедицина, дистанційне навчання),
 Висока ступінь захисту інформації й інформаційної безпеки, що відповідає державним вимогам,
 Забезпечення активного високошвидкісного обміну інформацією із зовнішніми системами й абонентами (Інтернет).
2) Вартість телекомунікаційних ресурсів, що вимагаються цим співтовариствам, у комерційних операторів зв’язку висока.
3) Державний і муніципальний бюджети в стані фінансувати свої підприємства на вкрай низькому рівні, що створює більші проблеми навіть із оплатою поточних телекомунікаційних витрат. Для рішення всіх завдань необхідно різко збільшити телекомунікаційні можливості співтовариств.
4) Одне з найважливіших завдань переходу мережі до стійкого бездотаційного розвитку - створення парку науково-комерційних підприємств для введення результатів наукових досліджень у комерційний оборот. Однак на початкових етапах розвитку рівень прибутковості таких підприємств не може забезпечити оплати телекомунікаційних ресурсів, що вимагаються, по комерційних тарифах.
5) Розвиток ефективних ринкових відносин у місті тісно пов’язаний з розвитком демократичних механізмів керування. Найважливішим компонентом демократії є цивільне співтовариство, якому для успішного функціонування також потрібно мати доступ до телекомунікаційних ресурсів по пільгових тарифах.
Аналіз наведених факторів визначив рішення створити некомерційну комунально-державну телекомунікаційну мережу. Незважаючи на те, що капітальні вкладення в створення такої мережі досить високі, але експлуатаційні витрати, з огляду на їхній неприбутковий характер, будуть істотно знижені в порівнянні з орендою комерційних ресурсів. Некомерційний характер мережі й те, що вона буде комунально-державною власністю, дозволить регулювати її тарифи, у першу чергу, в інтересах завдань розвитку міста, а не в комерційних інтересах. Роботи зі створення такої мережі в м.Переяслав-Хмельницький вже початі: в місті створено комерційну частину такої мережі - SkyNet.
В усім світі одержали широке поширення некомерційні мережі для цілей науки, освіти і культури, зараз завершується етап їхнього об’єднання в єдину загальносвітову інформаційну структуру. Базою для створення й розвитку таких інтегрованих структур служать академічні (університетські), національні й міжнаціональні мережі, що використають, зокрема, TCP/IP протоколи, а також проблемно-орієнтовані прикладні IP-мережі стосовні, як правило, до класу глобальних мереж.
У зв’язку із цим, а також з обліком уже виконаних робіт, представляється необхідним створення некомерційної комунально-державної телекомунікаційної мережі у вигляді IP-мережі.
Така мережа може бути ядром ПХМКМ, навколо якого інтегруються комерційні мережі міста
Для забезпечення сучасної якості передачі даних, створюється високошвидкісна магістраль мережі та використовуються вже побудовані мережі SkyNet.
Прокладка магістрального кабелю здійснюється з обліком:
1. Максимального охоплення будинків, що підключають, при можливо мінімальній будівельній довжині кабелю.
2. Забезпечення резервування й високої надійності мережі.

Стратегія адміністрування мережі повинна бути спрямована на забезпечення:
• максимально стійкого доступу до ресурсів міжнародної комп’ютерної мережі Інтернет;
• забезпечення можливості приєднання нових вузлів всіх рівнів на основі ієрархічної структури;
• ефективної маршрутизації, моніторингу й керування мережею.
Таким вимогам буде задовольняти організація ПХМКМ у вигляді окремої автономної системи з IP адресацією, побудованої на основі безперервного адресного простору. Це дозволяє використати кілька незалежних каналів взаємодії з іншими регіональними, міжнародними й спеціалізованими мережами.
Питання телефонії в ПХМКМ повинні зважуватися на основі надання єдиного транспортного середовища для об’єднання операторів зв’язку й мініАТС.
Інтеграція різних видів послуг у рамках ПХМКМ може виробляється як на фізичному рівні, так і на більше високих рівнях взаємодії систем.

Порядок створення некомерційної телекомунікаційної мережі
1) Технічне проектування інженерної структури мережі до рівня кожного вузла:
• складання плану місцевості з існуючими й проектованими будинками, електромережею, дорогами й іншими елементами;
• фіксація на плані наземних, підземних або надземних кабельних уведень у будинки;
• установлення дійсного й передбачуваного місцезнаходження основного комутатора з урахуванням уведення кабелів місцевого телефонного оператора або радіо інтерфейсів;
• нанесення на план магістралей і точок підключення до них відгалужень у колодязях;
• нанесення ліній, що з’єднують окремі будинки з магістралями, - так званих відгалужень;
• визначення на плані кабельного господарства, тобто кожного існуючого й планованого типу кабельної проводки з позначенням колодязів обслуговування, трубопроводів, траншів, повітряних ліній;
• створення переліку вимог, пропонованих до перетину мідних провідників і загасанню сигналу в кабелі, облік відстаней між колодязями, будинками й іншими макроелементами мережі;
• обговорення всього проекту разом із замовником і із владою всіх рівнів;
• рішення організаційних питань створення й розміщення вузлів мережі підписання договорів про спільну діяльність;
2) Виконання робіт із прокладки кабелю;
3) Закупівля й розміщення комунікаційного устаткування і додаткового комп’ютерного встаткування в приміщеннях вузлів ПХМКМ;
4) Настроювання устаткування і підключення до центрального вузла,
5) Підключення абонентів (кінцевих користувачів).

Вибір мережних технологій
При виборі мережної технології мережі необхідно врахувати:
• накопичений досвід по реалізації проекту SkyNet і світового досвіду по проектуванню й реалізації міських (кампусних) телекомунікаційних мереж;
• можливості подальшого розвитку обраної технології;
• масштабованість мережі;
• співвідношення ціни й функціональних можливостей мережі;
• витрати на експлуатацію системи в цілому.
У додатку наведений огляд можливостей мережних технологій, які могли б бути використані при побудові ПХМКМ як з обліком уже існуючої інфраструктури, так і при необхідності побудові фізичного рівня мережі на оптоволоконних лініях і радіолініях передачі даних.
Остаточний вибір варіанта мережної технології або комбінації технологій передбачається провести серед сучасних технологій для магістралі: АТМ, GigabitEthernet, FastEthernet, SDH, на рівнях 2 й 3 варто також розглядати при проектуванні технології сімейства xDSL.
Рішення в області інформаційного забезпечення цивільного співтовариства (телебачення, високошвидкісний доступ в Інтернет, міську комп’ютерну мережу) повинні бути в області рішень, що відповідають стандартам HFC й FTTB/FTTC (визначаючих побудову абонентської мережі по мідному й оптоволоконному кабелю зв’язку) поряд з підключенням по оптоволоконному кабелю до вузла магістралі.
Наявність високошвидкісної міської магістралі, що зв’язує опорні вузли рівня 2, до яких приєднуються опорні вузли рівня 3 по кабельних з’єднаннях, дозволяє на базі сучасних технологій забезпечити транспортне середовище для багатьох додатків (телебачення, передачі даних, телефонії) з характеристиками високої якості сервісу.
Створення міської інфраструктури на основі прокладки ліній зв’язку забезпечує наступність мережних технологій в умовах сучасної технічної революції в мережних технологіях.
Масштабованість мережі забезпечується як зміною технологій, так і можливістю створення резерву по оптичних волокнах усередині міських оптоволоконних кабелів.

Некомерційна мережа включає наступні компоненти:
1. Внутрішньоміська цифрова телекомунікаційна мережа
1.1. Рівень 1 - внутрішньоміська магістральна мережа (до 20 км довжиною, 100-1000 Мбіт/с),
1.2. Рівень 1 - внутрішньоміська радіорелейна мережа (РРС) для незалежного резервування найбільш важливих і навантажених ділянок (10-20 Мбіт/с),
1.3. Рівень 2 - локальні лінії зв’язку для підключення до вузлів магістральної мережі вузів, інноваційних центрів, шкіл, бібліотек, установ і підприємств міста, комунальних підприємств, медичних установ й ін. (більше 20 км по місту, 10-1000 Мбіт/с),
1.4. Рівень 3 - системи підключення житлових будинків і кінцевих користувачів до цифрової інтегральної телекомунікаційної мережі (10-1000 Мбіт/с);
1.5. Система керування цифровою інтегральною телекомунікаційною мережею (центр керування й локальних вузлів);
2. Цифрову мережу передачі даних Переяслав-Київ, що вирішує завдання підключення міста до різних зовнішніх інформаційних ресурсів, до первинних провайдерів телекомунікаційних послуг. Для підвищення надійності як резервний канал Переяслав-Київ варто використати радіорелейну лінію зв’язку створену в рамках мережі SkyNet (пропускна здатність радіорелейного зв’язку з Киевом до 2 Мбіт/с);

Основним інформаційно-програмним середовищем ПХМКМ повинні бути мережні ресурси, засновані на протоколах TCP/IP (WWW, E-mail, FTP, Usenet й ін.), на базі яких створюється мережа Інтранет міста і організується стикування з міжнародною мережею Інтернет.