Опыт построения компьютерных сетей в жилом секторе Академгородка Новосибирска.

0. Введение

В докладе в краткой форме рассматривается круг проблем возникающих при строительстве компьютерных сетей в жилых домах. Затрагивается вопрос о готовности сети к транспорту мультимедийных потоков и подходу к планированию создания сети.

1. Необходимость строительства мультимедийных сетей.

В последний год мы наблюдаем революционное изменение в информационных технологиях, которые позволили обрабатывать и передавать не только документы и базы данных но звук и изображения. Это в корне меняет отношение к компьютерным технологиям, которые теперь могут применяться не только в " промышленных " целях, но и в качестве терминала дома. Сегодня не вызовет удивление рассказ соседа о том, как он вчера купил и посмотрел новый фильм на домашнем компьютере с DVD качеством. Наблюдая развитие мультимедийных возможностей можно констатировать формирование спроса на мультимедийные услуги населения.

Понятно, что сеть, которая может предоставить мультимедийные услуги (такую сеть и будем называть мультимедийной или МСС) способна обеспечить транспорт данных для приложений Интернет, электронной почты, IP телефонии и других услуг, которые менее требовательны к каналам. Поэтому можно считать что сеть с мультимедийными возможностями является сетью с широким набором возможных услуг, что увеличивает её востребованность.

Развитие сетей в жилых домах в городах нашей страны (за исключением Москвы и Петербурга) идёт по похожему сценарию - с одной стороны появляются провайдеры, предоставляющие доступ в Интернет по коммутируемым линиям и с другой стороны создаются любительские сети на технологии Ethernet.

Использование коммутируемых линий практически не позволяет реализовать мультимедийные возможности компьютера по причине низких скоростей, а любительские сети не могут обеспечить стабильного сервиса по причине слабой организованности.

Фактор востребованности МСС населением, и практическое отсутствие таковых собственно и создаёт необходимость их строительства.

Исследование Московского опыта вселяет надежду в реализуемость проектов

построения высокоскоростных (мультимедийных) компьютерных сетей в жилом секторе.

Необходимыми для успешной реализации проекта можно считать следующие условия

  • относительной компактности жилого района и многоэтажность застройки
  • относительную платёжеспособность населения (бессмысленно строить сеть в посёлке, где большинство населения работает на обанкротившемся предприятии)
  • наличие разрешения на строительство со стороны балансодержателя и поддержка администрации
  • существование подрядной организации, способной спроектировать и построить сеть

2. Принципы выбора технических решений

Известно, что одна из самых недорогих являются решения с использованием Ethernet. Появившаяся технология HomePNA скорее всего будет использоваться в тех случаях, когда возникает необходимость использовать старые линии, так как она обеспечивает существенно более низкие скорости передачи данных.

Вопрос о скорости передачи данных в сети - это основной вопрос при её проектировании и строительстве. Более того скорость передачи данных определяет и стоимость используемого оборудования, и как следствие стоимость сети в целом.

На этапе проектирования возможно несколько подходов к выбору скоростей передачи данных в сети. Если исходить из требования к готовности обеспечить абонентов мультимедийными сервисами (видео по сети, IP телефония, …) можно выбрать скорость передачи данных на абонентском окончании не менее 10 Мбит/с. Этой скорости хватит для предоставления возможности получать видео с качеством DVD, что по прогнозам будет активно востребовано в ближайшие год-два.

Из простых расчётов получается, что основной объём информации в такой сети будет иметь внутренне происхождение, т.е. нагрузкой сети возникающей при доступе абонентов в Интернет можно пренебречь.

Но опыт многолетней эксплуатации других сетей говорит о том, то через несколько лет после создания сети связи скорости передачи данных в построенных линиях может быть недостаточно. Это может быть следствием определения скоростей передачи с помощью прогнозирования востребованных потоков данных в сети. Но прогнозы никогда не считались абсолютно надёжным способом узнать будущее.

Мы использовали прагматичный подход, основанный на анализе опыта построения аналогичных сетей, как в Москве, так и в Новосибирске.

Дополнительно, при построении сети кажется разумным основываться на выборе таких решений, которые в дальнейшем позволяют наращивать производительность линий связи сети путём замены оконечного оборудования линий. Например, при прокладке витой пары используется кабель марки UTP-5E как позволяющий в дальнейшем использовать его для передачи данных со скоростью 1 Гбит, но в момент пуска сети монтируются устройства (сетевые карты и коммутаторы) стандарта Ethernet 100BaseT.

Кроме этого мы основывались на выборе оборудования доступного на рынке, имеющего максимально высокие показатели скорости передачи данных и надёжности. Например, настоящее время можно приобретать коммутаторы Ethernet c портами на 10 или на 100 Мбит. Стоимость может отличаться на 30-40 %. В этом случае мы предпочитаем выбрать 100 Мбитные коммутаторы, что избавит от повторной закупки оборудования и монтажных работ в ближайшие три-четыре года.

3. Некоторые соображения о задаче моделирования сетей

При определении требуемых скоростей линий связи и выборе оборудования мы столкнулись со сложной задачей моделирования компьютерной сети. Моделирование сети выполнялось по значительно упрощённому методу, который сводился к некоему подобию закона Киргофа с элементами теории статистики. Пренебречь потерями пакетов позволило предположение о использовании коммутаторов. От множественности вариантов топологии сети спасло жёсткое ограничение, порождённое доступными каналами и известным расположением домов. Иными словами, выбор топологии сети при строительстве сети в жилом секторе ограничен географическими факторами и канализацией. Остаётся просчитать, как строить, например звезду, так, чтобы " восходящие " линии не могли быть перегруженными при некоторой вероятности использования сети Абонентами.

Опытная эксплуатация построенной сети продемонстрировала правильность принятых решений. Например, Гигабитная линия используется 70-ю абонентами на скоростях передачи данных не более 50 Мбит/с.

Трафик сети Академнет
Трафик сети Академнет

Сеть построена так, что одна гигабитная линия обслуживает группу домов с общим количеством квартир не более 800. В настоящее время к сети подключилось 5% от общего числа квартир. Вероятно, что в течении двух последующих лет подключиться ещё 10% квартир и количество абонентов в одном сегменте сети, подключенного к гигабитной линии достигнет 120. Можно ожидать увеличение потребности передачи данных примерно в 1,5-2 раза за год, тогда общая скорость передачи данных к 120 абонентам будет достигать 400-680 Мбит/с через 3 года.

При таком развитии сети можно прогнозировать потребность в модернизации оптических окончаний только через 3-4 года.

В настоящее время продолжаются работы по поиску упрощённых моделей сетей, которые могут быть использованы во время проектирования в жилых районах города, что должно позволить создать прикладной пакет, облегчающий поиск решений во время строительства подобных сетей.

В итоге после предпроектных работ и поиска решений выполненных совместно с НИЛ-3 СибГУТИ в течении 2001 года, привязанных к реальному микро району Академгородка Новосибирска, было принято решение о выборе схемы сети и плана её строительства.

В значительной степени к строительству компьютерной сети способствовало строительство 5-ти новых жилых зданий верхней зоне Академгородка.

Схема сети:

Схема сети Академнет

4. Экономические вопросы строительства и существования МСС

Отдельно надо сказать о коммерческой составляющей проекта.

Присматриваясь к Московскому опыту можно констатировать, что основой успешных проектов является высокая платёжеспособность москвичей. Например, абонентская плата 25 долларов в месяц скорее всего не отпугнёт абонента в Москве, но в Новосибирске следствием такого тарифа будет подключение менее 1% квартиросъемщиков в котором построена сеть. Но при внимательном изучении опыта москвичей можно сказать, что опыт агрессивной политики при подключении абонентов вполне применим. Он позволяет в несколько раз увеличить количество абонентов. Не секрет, что развёртывание МСС на коммерческой основе сталкивается с конкуренцией со стороны нелегальных сетей, где стоимость подключения абонентов и другие платежи могут быть существенно ниже. Этот фактор так же подталкивает к акциям подобным бесплатному подключению. По нашему опыту это в сочетании с разумными тарифами позволяет прогнозировать экономическое выживание построенной сети в ближайшее время.

Инвестирование в строительство " домовых " МСС в ближайший год представляется маловероятным, так как расчёт общей экономики проекта однозначно показывает его убыточность в ближайшие 3 года. Эти расчёты подтверждаются на опыте строительства МСС в верхней зоне Академгородка. Требования к стабильности предоставления услуг влекут за собой определённые технические решения, антивандальные технологии в монтаже сети и создание служб (диспетчерской и системных администраторов). Как следствие существенно возрастает стоимость проекта как на стадии строительства, так и эксплуатационные расходы.

В нашем случае проект продвигается благодаря любопытству автора проекта, проживающего в Академгородке и надеждой, что может быть в отдалённом будущем проект может принести доход. Последнее скорее призвано заглушить внутренний голос о том, что это невозможно.

В нашем случае затраты на подключения в сети одного абонента составляют примерно 500 долларов (при 5% подключении), общие затраты на развёртывание сети в домах средней этажности (всего 3000 квартир) составил более 50.000 долларов. При подходе, который возникает во время внешнего финансирования подрядчики не будут экономить на каждой гайке. При этом стоимость официально выполненного проекта для этой территории может составлять сумму в несколько раз большую.

5. Общественно-значимые задачи, решаемые компьютерными сетями в жилом секторе.

Компьютерная сеть, построенная в жилом секторе является территориальной и кроме жилых домов в районе расположены образовательные учреждения (школы, …), объекты администрации. Разумно использовать построенную сеть для обеспечения нужд передачи данных в рамках социально-значимых программ. При значительном резерве в скорости каналов заложенном при строительстве сети это не вызовет нарушения работоспособности сети но позволит значительно сэкономить средства администрации при решении информационных задач.

Например, объём данных от датчиков теплоносителей в теплоузлах незначителен. При подключении школ учебные задачи можно решать в среде интранета района, так как программная среда очень похожа со средой Интернет. Это позволяет избежать больших затрат школ на оплату трафика при бесплатном трафике интранете микрорайона.

Создание информационных ресурсов района также совпадает с интересами развития территориальных сетей. Наличие таких ресурсов стимулирует интерес абонентов сети к сети в целом. Поэтому не случайно создание и развитие таких ресурсов как информационно-новостной сайт района в рамках строительства сети (сайт www.acdem.org).

6. Заключение.

Следует сказать, что кроме полученного положительного технического опыта и отрезвляющего холодного душа экономических реалий есть ещё одно очень любопытное наблюдение. Развитие, эксплуатация сети подчиняется законам, о которых, как правило не говорят или говорят редко. Квинстистенция этого заключается во фразе "сеть живёт своей жизнью". Примером может служить наблюдение того, что на форуме обмениваются своими мнениями. И это происходит почти стихийно. Есть и более серьёзные вопросы, например обмен информацией с соседними сетями. Нам представлялось, что для обмена достаточно протянуть провода. При ближайшем рассмотрении оказалось, что требуется учитывать экономические и иногда " политические " соображения и желания не только абонентов этой соседней сети, а ещё бог знает что.

В качестве оптимистического прогноза можно сказать, что сети будут строиться, и что они будут нас удивлять тем, насколько меняется наша жизнь под их влиянием.