Реферат: Организация доступа в Internet по существующим сетям кабельного телевидения

Организация доступа в Internet по существующим сетям кабельного телевидения (Диплом)

Содержание

Стр.

1. Введение...........................................................................................................3

2. Общие данные систем доступа в Internet ........................…..............……...4

3. Требования, предъявляемые к оборудованию доступа в Internet .....……..9

3.1 Архитектуры передачи upstream данных............................……….9

3.2 Стандарты модемов...........................................................…...........12

3.3 Стек протоколов Docsis……….........................................…...........13

3.4 Подуровень Maс………........................................................….........15

3.5 Организация защиты………..............................................…..........16

3.6 Голос по кабелю..................………....................................…..........17

3.7 Требования стандартов (сводная таблица)………......….........…...20

4. Планирование сети………...................................................................….......20

4.1 Анализ производителей модемов........................................…....…21

4.2 Устройство и функции кабельного модема……..............……......26

4.3 Устройство сети....................................................................…........28

4.4 Настройка сети……………………………………………………..32

4.5 Программное обеспечение...................................................…........33

5. Расчет затрат и экономической эффективности планируемой сети……...42

6. Безопасность жизнедеятельности…………………………………………...46

7. Заключение........................................... ...............................................…..…..62

8. Библиографический список……………………............................................63

9. Приложение 1

Технические характеристики некоторых кабельных модемов…………..64

10. Приложение 2

Перспективы и проблемы применения КТВ для доступа в Internet……..71

10.1 Преимущества кабельных модемов. ......................................…...71

10.2 Проблемы кабельных модемов . .......................................……....73 10.3 Применение кабельных модемов. ..................................…….......74

10.4 Кабельные модемы в России. …..............................................…..78

1.Введение

Идея использования существующих линий связи для передачи цифровых сигналов не нова. Именно так работает обычный модем, который передает информацию по телефонной линии. Но возможности такой связи ограниченны, и это заставляет провайдеров Internet искать новые пути к домам своих клиентов. Если посмотреть, сколько кабелей подходит к каждой отдельной квартире, то можно заметить, что их обычно три: силовой (220 В), телефонный и телевизионный. Силовую сеть использовать трудно (хотя в этой области есть уже определённые наработки). Возможности телефонной линии постепенно исчерпываются. Остается телевизионный кабель. Но как его использовать?

Передавать данные по телевизионным каналам - хорошая идея, но для полноценной работы в Internet необходима обратная связь между пользователем и головной станцией (где находится телевизионное оборудование, а так же оборудование для выхода в Internet), которая в обычных условиях отсутствует, но при соответствующей аппаратной модификации эта проблема разрешима. Однако телевизионные сигналы распространяются не только по воздуху, но и через кабельную сеть. Кабельное телевидение может быть хорошей средой для передачи цифровой информации. Эта идея и лежит в основе технологии кабельных модемов. Целью данной работы является исследование технологии доступа в интернет с помощью существующих сетей кабельного телевидения, а так же планирование сети в отдельно взятом микрорайоне, на базе этой технологии. Цель работы предполагает решение следующих задач:

- анализ существующих на данный момент разработок в этой области;

- изучение архитектуры устройств, предназначенных для оказания подобного рода услуг, так называемых, «Кабельных модемов»;

- изучение стандартов этих устройств;

- анализ характеристики модемов некоторых производителей;

- анализ компонентов, необходимых для создания сети на базе этой технологии;

- планирование и настройка сети в жилом микрорайоне;

- выделение преимуществ и недостатков этой технологии, а также методов продвижения исследуемой технологии на российский рынок.

Данная работа проводилась по предложению и в сотрудничестве с ООО “Телесеть-Сервис”. Предлагаемая модель сети уже запущена в эксплуатацию и имеет коммерческий успех.

2.Общие данные систем доступа в интернет.

Альтернативные технологии

ISDN [6]

Одной, из получивших распространение, технологий высокоскоростного доступа в интернет, является технология ISDN, которая предоставляет доступ в интернет при помощи телефонных сетей.

ISDN доставляет информацию от цифрового коммутатора через два типа пользовательских интерфейсов: Basic Rate Interface (BRI) и Primary Rate Interface (PRI) . Каждый из интерфейсов состоит из нескольких каналов со скоростью 64Kb/s, или каналов B. Каналы В связаны в одни данные и образуют канал D. По определению, каналы B являются 64Kb/s соединениями и могут использоваться для коммутируемого соединений данных и голоса. Канал D определен для пакетно-комммутируемого вызова, установки и сигнализации соединений, доступный всем пользователям ISDN.

Это действительно перспективная технология, но основным препятствием для её развития на Урале служит, отсутствие в нашем регионе АТС поддерживающих эту технологию, а так же высокая цена подобного оборудования.

ADSL [12]

Другим конкурентом технологии CATV является технология ADSL. ADSL обеспечивает скорости передачи данных до 8 Мбит/с по направлению к пользователю(downstream) и до 1 Мбит/с в обратном направлении(upstream). Конкретные значения скоростей передачи данных сильно зависят от расстояния между пользователем и телефонной станцией. Полоса пропускания 8 Мбит/с обеспечивается пользователям, находящимся на расстоянии до 2,7 км от телефонной станции; расстояниям 2,7-3,5 км соответствует предел в 6 Мбит/с; если же пользователь удален от телефонной станции на 3,5-5,5 км, он должен довольствоваться скоростью в 1,5 Мбит/с. На расстоянии свыше 5,5 км связь по ADSL не гарантируется. Не так давно московская компания Plus Communications провела испытания оборудования для ADSL от фирмы 3Com. На физической линии длиной 4 км была зафиксирована скорость 2 Мбит/с по направлению от провайдера к клиенту и 1 Мбит/с - в противоположном направлении.

Для передачи данных по технологии ADSL используется диапазон частот, находящийся выше полосы частот, отведенной для передачи голоса, поэтому данные и обычный телефонный трафик можно передавать по одной и той же линии. Для этого, правда, с каждой стороны приходится устанавливать так называемый частотный разделитель (POTS splitter). Он обеспечивает передачу низкочастотного голосового сигнала на оборудование ТфОП (со стороны клиента - на телефонный аппарат, со стороны телефонной станции - на коммутатор), а высокочастотного сигнала передачи данных - на оборудование ADSL.

Стандарт на ADSL (T1.413) был утвержден ANSI еще в 1995 г., однако данная технология до сих пор не получила широкого распространения. Причина этого в значительной степени связана со сложностью установки устройств ADSL; они требуют серьезной настройки на конкретную абонентскую линию (как правило, с участием технического сотрудника компании - оператора сети). Кроме того, нужно отдельно устанавливать частотный разделитель; нередко приходится частично менять телефонную кабельную проводку. Всё это в конечном итоге привело к слишком большой цене подключения, поэтому трудно ожидать, что услуга доступа к Internet по ADSL станет массовой.

Технология доступа с помощью КТВ(CATV) [3,4,5]

Для начала рассмотрим сущность и основные особенности кабельного телевидения. Станция кабельного телевидения получает и обрабатывает различные сигналы радиопередач, спутниковых программ и передач местных телевизионных студий. Теле сигналы - это электромагнитные импульсы, или
волны, и они занимают отведенное им место в частотном спектре. Для распространения теле сигналов необходим некоторый носитель, по которому они проходят от станции к телевизорам клиентов. Сигналы обычного телевидения могут передаваться по воздуху на разных частотах и распространяться по системам кабельного телевидения, в которых используются специальные кабели - коаксиальные или оптоволоконные.

Каждый телевизионный сигнал передается по кабелю на своей частоте (набор таких несущих частот и создает спектр телевизионных каналов), поэтому кабельное телевидение имеет свой собственный частотный спектр. Таким образом, можно смотреть телепрограммы даже там, где невозможно принимать сигнал через эфир. Головная станция кабельного телевидения получает различные телепрограммы из эфира, при необходимости преобразовывает их (конвертирует), суммирует, усиливает и подает в кабельную магистраль. Обычно магистралей бывает несколько (2-4). Это зависит от количества домов в микрорайоне, а так же от места расположения головной станции. Чтобы поддерживать нужный уровень сигнала в магистрали, через определенное расстояние (порядка 300 метров) ставятся магистральные усилители. Через специальные ответвители сигнал из магистрали попадает на домовую разводку, где окончательно усиливается и подается к абонентам.
Большая кабельная магистраль обычно проходит через весь микрорайон. Кабельные отводы, которые имеют меньший диаметр, передают сигналы из магистрали в локальную кабельную сеть, «пронизывающую» жилые и
производственные здания. Когда клиент хочет подключиться к кабельному телевидению, работники станции прокладывают в его дом кабель от ближайшего отвода и подключают к телевизору. Если телевизор не может
принять все каналы из-за несовместимости кабелей или кодировки сигналов, то между кабельной сетью и телевизором устанавливается специальный конвертор. Такая организация сети, называемая «древовидной с отростками», позволяет наиболее эффективно и экономично передавать весь набор телепередач от станции к клиентам.

Для организации доступа в интернет посредством существующих сетей кабельного телевидения необходимы специальные устройства – кабельные модемы. Кабельные модемы располагаются на отводе кабельной магистрали и выполняют функции различных устройств: модема, шифратора-дешифратора информации, маршрутизатора, сетевого адаптера, SNMP-агента и даже концентратора Ethernet. Однако такое устройство все равно остается модемом, поскольку, прежде всего оно модулирует и демодулирует сигналы.
Обычно передача и прием информации с помощью кабельного модема осуществляется разными способами. При передаче информации от станции к кабельному модему (downstream) цифровые данные модулируются
стандартной для телевизионных сигналов частотой (6 МГц), на которую накладывается несущая частота (от 42 до 750 МГц).

Такой сигнал передается кабельной системе вместе с сигналами кабельного телевидения и не мешает телепередачам. Есть несколько схем модуляции, но наиболее популярны из них две - QPSK
(обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с) и QAM64 (до 36 Мбит/с).
Обратный сигнал от модема к станции (upstream) передавать сложнее. Это связано с тем, что в обычной дуплексной кабельной сети обратный сигнал (Upstream) может передаваться на частотах от 5 до 40 МГц. Такому сигналу могут помешать радиошумы и радиопередачи, а также неподключенная антенна или плохое соединение коаксиальных кабелей. Поскольку кабельная сеть имеет древовидную форму, все шумы из всех ответвлений собираются вместе и препятствуют распространению обратного сигнала. Большинство производителей планирует использовать QPSK или аналогичную схему модуляции для передачи в прямом направлении, поскольку этот метод лучше подходит для сильно зашумленной окружающей среды, чем высокочастотные методы модуляции. Недостаток же QPSK очевиден - более низкая скорость передачи, чем при использовании схемы модуляции QAM. Если кабельная сеть не может передать обратный сигнал, (это случается из-за плохих проводов и качества соединений), то это можно сделать с помощью сети ГТС или ISDN.

Кабельный модем работает как приемник и передатчик телевизионных сигналов. Импульсы от станции по коаксиальному кабелю поступают в кабельный модем, который передает их компьютеру или в локальную сеть.
Есть несколько методов подключения модема к компьютеру. Самый распространенный из них - технология Ethernet 10BaseT. В этом случае модем имеет встроенный адаптер Ethernet, который подключается к локальной сети или компьютеру. Естественно, на персональном компьютере также должен быть установлен адаптер Ethernet и программное обеспечение, обслуживающее протокол TCP/IP. Установка кабельного модема внутри
компьютера, возможно, обошлась бы дешевле, но для этого необходимо разработать набор плат для всех существующих платформ.

Эра компьютерных интерактивных служб (КИС) [16] на базе сетей кабельного телевидения (КТВ) началась в конце 1996 года, когда в коммерческую эксплуатацию были запущены сразу три службы крупнейших в США операторов КТВ - TCI, Time Warner и Continental Cablevision. Первые КИС были открыты в Канаде в декабре 1995 года и в Австралии летом 1996 года, но грандиозная эпопея по массовому внедрению данной технологии началась в сентябре 1996 года. На сегодняшний день из 300 тыс. работающих в мире кабельных модемов две трети установлены в США и Канаде. Из 300 тыс. абонентов КИС 85% пользуются услугами двухсторонних сетей (с обратным каналом), а остальные - односторонними (обратным каналом служит телефонная линия). На сегодняшний день крупнейшей в мире КИС является @Home компании @Home Network. Учредителями этого предприятия являются крупнейший оператор КТВ в США - корпорация TCI, которая в настоящее время имеет 17 млн. подписчиков по всей стране и инвестиционная компания Kleiner Perkins Caufield & Byers. Совладельцами и с операторами службы являются еще семь американских и канадских компаний, в том числе четвертый и пятый по величине операторы КТВ в США, компании Comcast и Cox Communications. По состоянию на 1 мая 1999 года @Home имела более 160 тыс. подписчиков. Потенциально же услугами этой КИС могут воспользоваться 6-7 млн. абонентов КТВ. На втором месте (64 тыс. пользователей) находится КИС Road Runner.

3. Требования, предъявляемые к оборудованию доступа в Internet

3.1 Архитектуры передачи upstream данных [2, 13]

Существует две архитектуры передачи upstream данных это симметричная и асимметричная архитектуры.

В случае симметричной архитектуры оба сигнала - прямой и обратный передаются по одному кабелю. Чтобы разделить прямой и обратный сигналы, их необходимо передавать в различных диапазонах частот. Из-за этого
прямая и обратная передачи происходят с разными скоростями. Стандартная симметричная архитектура имеет и другие недостатки, которые будут рассмотрены ниже. Поэтому некоторые фирмы, выпускающие кабельные
модемы, используют для своих устройств асимметричную архитектуру кабельной сети, которая в свою очередь имеет ряд недостатков, во первых - скорость upstream канала оставляет желать лучшего, во вторых - в связи возможным введением поминутной оплаты телефонных линий, данная архитектура может оказаться не рентабельной, именно последний аргумент сильно склоняет в сторону симметричной архитектуры. В случае несимметричной архитектуры обратный канал предоставляется с помощью других сетей, зачастую ГТС. Обе системы - симметричная и асимметричная могут хорошо дополнять друг друга. В скором времени асимметричная архитектура будет постепенно вытеснена симметричной архитектурой. Рассмотрим вопрос о том, какой архитектуре можно отдать предпочтение.

Передача информации по кабельным сетям может использоваться для различных целей. В промышленности, где кабельная сеть создается самим предприятием для пересылки информации, разумно использовать
симметричную архитектуру, поскольку в этом случае скорость обратной и прямой передачи одинакова. Для существующих модемов она составляет примерно 10 Мбит/с (LANcity), т. е. сопоставима со скоростью передачи в Ethernet.
Существующая кабельная сеть, к которой можно подключить
домашний компьютер, предназначена для телевизионных сигналов и не позволяет передавать обратный сигнал с достаточно высокой скоростью. Обычно пользователи домашнего компьютера используют связь с Internet для доступа к WWW и телеконференциям, а для этого требуется передача большего количества данных от станции к пользователю, а не наоборот. Чтобы получать графические, звуковые и видео файлы из Internet, требуются большие скорости передачи от станции к клиенту. Выполнение же URL-запросов или передача электронной почты не порождают большого потока данных от пользователя к станции.
Тем не менее, для подключения домашнего компьютера к Internet тоже нужно использовать симметричную архитектуру, модернизация кабельных сетей для организации обратного канала не так уж дорога, и в конечном итоге составит лишь сто долларов США на клиента (в достаточно больших сетях(50> абонентов)), как уже было упомянуто выше, в пользу этой архитектуры говорит, прежде всего, тот факт что, с Июля 2001 работникам

ГТС вводится повременная оплата предоставляемых ими услуг.

На рис. 2, 3 изображена симметричная и асимметричная архитектуры передачи данных. [3]

3.2 Стандарты модемов [7, 8]

Двумя основными стандартами на кабельные модемы являются MCNS/ DOCSIS и DVB/DAVIC. Однако если первый, американский, стандарт пользуется безоговорочной поддержкой американских производителей и операторов, то второй, европейский, стандарт сталкивается с все более жесткой конкуренцией европейского аналога DOCSIS — так называемого EuroDOCSIS (основное различие между американской и европейской версией DOCSIS связано с разной шириной телевизионных каналов в США и Европе и затрагивает только физический уровень).

Изначально эти стандарты были рассчитаны на поддержку разных приложений. Если Совет по цифровому аудио и видео (Digital Audio Visual Council, DAVIC) разрабатывал стандарт для предоставления интерактивных услуг на базе телевизионных приставок, то американские кабельные операторы (Multiservice Cable Operator, MCO), объединившиеся в MCNS, ориентировались, прежде всего, на предоставление в качестве дополнительной услуги передачи данных по кабелю.

Отсюда и их основные отличия. Стандарт DVB/DAVIC опирается на использование фиксированных ячеек ATM и стандартных для ATM методов обеспечения качества услуг. Поддержка передачи данных, в частности TCP/IP, обеспечивается с помощью AAL5. Стандарт DOCSIS предусматривает использование стандартных кадров Ethernet и поэтому лучше всего подходит для передачи пакетных данных.

При сравнении конкурирующие группы производителей часто прибегают к одному и тому же трюку, а именно — сопоставляют последнюю версию своего стандарта с предыдущей версией соперничающего с ним. Так, например, сторонники DVB/DAVIC напирают на поддержку качества обслуживания, хотя схожие возможности были включены в версию 1.1; а сторонники DOCSIS говорят об отсутствии в DVB/DAVIC защиты информации, хотя соответствующие средства были определены уже в DVB/DAVIC 1.4.

Конечно же, объективные различия между стандартами существуют. Например, для обратного канала DVB/DAVIC предусматривает только модуляцию QPSK, тогда как DOCSIS — еще и 16-QAM. В результате первый поддерживает меньшую максимальную пропускную способность при доступе абонентов. Однако максимальная скорость в 10,24 Мбит/с в случае 16-QAM редко когда достижима на практике вследствие зашумленности каналов и конкуренции за доступ.

Вообще, продолжать сравнение двух стандартов можно было бы довольно долго, но дело не в реальных достоинствах конкурентов, а в широте поддержки, которой они пользуются, так что, по-видимому, DVB/DAVIC уготована та же судьба, что и Token Ring, 100VGAnyLAN и ATM в локальных сетях. Впрочем, хотя и нельзя говорить непосредственно об объединении двух стандартов, разрабатываемый OpenCable стандарт для телевизионных приставок опирается на DOCSIS, но включает и компоненты DAVIC.

Помимо двух названных есть и еще один, международный, стандарт IEEE 802.14. Однако из-за долгого отсутствия прогресса в разработке он не получил сколько-нибудь заметной поддержки, и сейчас соответствующая рабочая группа при участии компаний Broadcom и Terayon работает над физическим уровнем следующего поколения с высокой — до 30 Мбит/с — скоростью передачи данных в обратном направлении (от кабельного модема к станции). Иногда этот еще не появившийся стандарт неофициально называют DOCSIS 1.2.

3.3 Стек протоколов DOCSIS [14, 7]

Ввиду доминирующего положения на рынке оборудования на базе DOCSIS мы кратко рассмотрим именно эту спецификацию (сокращение DOCSIS переводится как спецификация интерфейса сервиса передачи данных по кабелю — Data Over Cable Service Interface Specification, а употребляемое взаимозаменяемо с ним MCNS как мультимедийная система на базе кабельной сети — Multimedia Cable-Network System). Вообще говоря, стандарт включает 12 документов, определяющих интерфейс между кабельным модемом и конечным оборудованием, интерфейс между оконечной системой (Cable Modem Termination System, CMTS) и внешней сетью, радиочастотный интерфейс, интерфейс для обратного телефонного соединения, защиту и интерфейс с системой управления.

Как написано в стандарте DOCSIS, главная функция оконечной системы и обслуживаемой ею кабельных модемов состоит в прозрачной передаче трафика TCP/IP между конечным оборудованием подписчика и распределительным узлом. Под словосочетанием «прозрачной передаче» подразумевается то что, ни пользователь, ни ПО работающее в операционной системе не подозревают, что к компьютеру подключен кабельный модем (если не принимать во внимание того, что модем стоит рядом с компьютером, и его можно банально увидеть), они лишь пользуются стандартным TCP/IP интерфейсом, предоставленным им операционной системой. Таким образом, кабельные модемы могут поддерживать все стандартные приложения на базе TCP/IP.

Рис. 4. Стек протоколов DOCSIS в сравнении с моделью OSI.

Канальный уровень делится на три подуровня, а именно: стандартный подуровень контроля канала LLC в соответствии с IEEE802.2(более поздняя модификация IEEE802.14), подуровень защиты канального уровня и зависящий от направления передачи подуровень контроля доступа к среде передачи. Спецификация физического уровня также зависит от направления передачи и различается выделенными диапазонами частот и применяемыми методами модуляции, а также форматами пакетов.

3.4 Подуровень MAC [10]

Системы передачи на базе кабельных модемов имеют несимметричную архитектуру: одна оконечная станция может обслуживать сотни и даже тысячи кабельных модемов. Это, конечно же, связано с особенностями топологии сетей КТВ.

Все кабельные модемы слушают передачу конечной станции на своем канале и принимают кадры, предназначенные им самим или подключенным к ним конечным устройствам. Таким образом, при передаче в прямом направлении какая-либо конкуренция за среду передачи отсутствует, и здесь возникает лишь одна серьезная проблема — защита информации, так как передача осуществляется путем широковещания.

Другое дело, когда нескольким модемам требуется передать запрос, данные и т. д. оконечной станции. В этом случае ввиду разделяемой среды передачи они неизбежно вынуждены конкурировать друг с другом за доступ к ней. Однако конкуренция может возникнуть только при запросе со стороны модема о выделении ему подканала (интервала времени) для передачи (вообще говоря, конкуренция может возникнуть также, когда требуется передать короткое сообщение, для которого модем решит не запрашивать выделение интервала времени).

Для обеспечения множественного доступа с разделением по времени (Time Division Multiple Access, TDMA) обратный канал делится на интервалы времени (кванты или слоты). По своему назначению эти интервалы делятся на три вида — зарезервированные (reserved), коллизионные (contention) и ранжирующие (ranging).

Любой кабельный модем может попытаться передать запрос или данные в коллизионные интервалы времени. В случае если два или более модемов предпримут такую попытку одновременно, то пакеты наложатся друг на друга и будут испорчены, о чем головная станция немедленно сообщит им по широковещательному каналу. После этого каждый из модемов попробует повторить попытку через случайный интервал времени. Разрешение конфликтов осуществляется в соответствии с усеченным бинарным экспоненциальным алгоритмом отката.

Обычно коллизионные интервалы времени используются для отправки коротких запросов о выделении зарезервированных интервалов времени для передачи данных. При получении такого запроса головная станция предоставляет свободные зарезервированные интервалы времени в соответствии с алгоритмом выделения пропускной способности. Данный алгоритм не определяется стандартом и реализуется производителем в соответствии с его предпочтениями. После резервирования за ним интервала кабельный модем может беспрепятственно передавать в отведенное ему время свои данные.

Ранжирующие слоты служат целям синхронизации часов и согласования уровня сигнала. Первая задача возникает в связи с тем, что протяженность кабелей может значительно отличаться, из-за чего разница в задержке поступления сигналов от разных кабельных модемов может достигнуть нескольких миллисекунд. В результате сигнал может выходить за предписанный ему временной интервал и накладываться на соседний сигнал.

Чтобы компенсировать различия в задержке при передаче сигналов, и используются ранжирующие слоты. Обычно это три последовательных интервала времени. По требованию оконечной системы кабельный модем передает сигнал в среднем из трех интервале (два соседних интервала образуют «защитный интервал» для предотвращения конфликтов с другим трафиком). CMTS измеряет задержку и сообщает модему, на какую величину он должен сдвинуть свои часы вперед или назад.

Второе назначение состоит в согласовании уровней мощностей сигнала, чтобы все поступающие на оконечную систему сигналы имели один уровень. В противном случае CMTS не сможет выявить коллизию сильно различающихся по мощности сигналов.

3.5 Организация защиты [10]

Операторам кабельных сетей приходилось принимать защитные меры и ранее при предоставлении таких услуг, как «платный просмотр». Однако высокоскоростная передача данных ставит намного более серьезные проблемы с точки зрения защиты.

Главная из них связана с широковещательной природой сетей КТВ: любая передача по сети может быть без труда подслушана. Поэтому трафик следует в первую очередь защитить от перехвата. Для этого уже в самой первой версии стандарта DOCSIS 1.0 было предусмотрено шифрование передаваемых данных. Применяемый в DOCSIS базовый интерфейс обеспечения конфиденциальности (Baseline Privacy Interface, BPI) поддерживает шифрование в соответствии с режимом сцепления шифруемых блоков (Cipher Block Chaining, CBC) стандарта DES с 56-разрядным ключом, а также обмен ключами с применением 768-разрядного шифрования RSA.

Однако BPI и DOCSIS 1.0 не обеспечивали защиты от двойников, поэтому в DOCSIS 1.1 была включена расширенная версия BPI. BPI+, так она называется, поддерживает аутентификацию с помощью сертификатов. Кабельный модем должен предоставить сертификат, удостоверяющий, что MAC-адрес и открытый ключ RSA действительно принадлежат ему.

Обеспечивая конфиденциальность передачи и идентификацию подписчиков, BPI и BPI+ не в состоянии защитить, например, от атак типа «отказ в обслуживании», когда какой-либо злонамеренный пользователь забивает шумом или мусором весь обратный канал.

3.6 Голос по кабелю [5,11]

Как и другие конкурирующие технологии, такие, как DSL, благодаря высоким поддерживаемым скоростям кабельные модемы открывают потенциальную возможность для оказания голосовых услуг. Однако для их предоставления с надлежащим качеством операторам и производителям предстоит преодолеть ряд проблем. Часть из них является общей для всех альтернативных технологий передачи речи по пакетным сетям, часть же специфична для сети КТВ.

Одна из таких специфических проблем характерна не только для передачи голоса, но и вообще для передачи данных с помощью кабельных модемов — это однонаправленная широковещательная природа сети КТВ. Однако если в случае передачи данных ввиду несимметричности доступа в Internet ее можно обойти посредством организации обратного канала по телефонной линии, то для оказания голосовых услуг преобразование сети КТВ в двунаправленную среду передачи посредством замены усилителей является обязательным условием.

Типичной проблемой для пакетных сетей является большая (и варьирующаяся) задержка при передаче пакетов. Эта задержка складывается из задержки на выборку, задержки на оцифровку и задержки на передачу по сети. В кабельных сетях к этой сумме добавляется еще задержка на опрос. Она связана с особенностями передачи пакетов кабельными модемами. Чтобы отправить голосовые пакеты, агенту приходится ждать, пока, оконечная станция опросит всех остальных агентов о наличии у них пакетов для передачи. Поэтому, в целях минимизации задержки, оборудование с поддержкой голосовых услуг должно уметь прогнозировать момент следующего опроса и подготавливать к этому времени голосовые пакеты.

Появившаяся в 1999 г. версия DOCSIS за номером 1.1 предусматривает меры по обеспечению QoS и предоставлению приоритета определенным видам трафика. Однако она не решает всех технических вопросов, связанных с оказанием голосовых услуг на базе кабельных модемов. Чтобы восполнить имеющиеся пробелы, консорциум американских кабельных операторов разработал спецификацию протокола сигнализации вызовов по сети (Network-Based Call Signaling, NCS). Она базируется на существующем протоколе управления шлюзом между различными средами (Media Gateway Control Protocol, MGCP), поэтому ее иногда называют также MGCP NCS. Кроме того, NCS предусматривает дополнительные меры защиты, помимо принятых в DOCSIS 1.0 и 1.1 для обеспечения конфиденциальности разговоров, в частности использование IPSec.

Таблица 1

3.7 Требования стандартов [7, 8]

4. Планирование сети

4.1Анализ производителей модемов [2]

Hybrid Networks

кабельные модемы компании Hybrid Network марки Series 2000 используют HFC сеть, чтобы передавать данные клиентам, и предполагают, что upstream данные передаются с помощью, телефонного кабеля (асимметричная архитектура).

Downstream передаётся со скоростью 10 Mbps на 2Mhz канале, вместо обычного 6Mhz канала. Модем Hybrid Networks использует алгоритм оптимизации IP пакетов, чтобы свести на нет риск замедления upstream при большой производительности downstream.Это позволяет 10 Mbps для downstream интерполировать к 56.6 Kbps для upstream.

С двухсторонним использованием кабеля (симметричная архитектура (понадобится лишь небольшой модуль апгрейда)), при помощи QPSK можно увеличить скорость upstream с 56.6 Kbps до 5Mbps

Модем Hybrid Networks, имеет большие преимущества при использовании асимметричной архитектуры.

Схемы Series 2000 минимизируют потребность в заводской модернизации. Hybrid Networks заявляет, что при использовании их схем модуляции в большом бизнесе можно преобразовать инфраструктуру бизнес компьютеров до кабельных модемов их компании, и увеличить тем самым будущий рост и усовершенствование компании (не точный перевод)

Один многопользовательский кабельный модем router компании Hybrid Networks может обслуживать целых двадцать компьютеров, что означает малую цену услуги на абонента. На базе Series 2000 вполне можно организовать безопасную сеть кокой либо не очень большой компании, причем любой сотрудник сможет получить доступ к этой сети прямо из дома используя модем Series 2000.

Motorola

Компания Motorola также приложила усилия, чтобы создать кабельный модем, который назвала Cybersurfer этот модем - часть программы Motorola Cable Data. Программа Motorola Cable Data была разработана для предоставления быстродействующих коммуникаций для on-line услуг, таких как: доступ в Интернет, телеконференции и других услуг для домашнего и делового использования.

CyberSURFER, как и многие другие модемы оснащен 10 Base T Ethernet соединением. При помощи Ethernet wiring hub интерфейса, один CyberSURFER может давать IP адреса сразу нескольким персональным компьютерам. Передатчик RF и приемник в CyberSURFER обеспечивают соединение через HFC сеть.

Данные от абонента(upstream) передаются на скорости 768 kbps по 600 кГц каналу. downstream - 30 Mbps канал, который использует 6 MHz диапазон и обеспечивает максимум 10 Mbps производительность каждому абоненту.

Системы модуляции использованные в CyberSURFER - DQPSK для upstream, и 64 QAM для downstream.

Phasecom

SpeedDemon Phasecom как и большинство других модемов использует Ethernet 10Base T

Интерфейс, для соединения с HFC. Модем использует QAM модуляцию для downstream и QPSK модуляцию для upstream. В SpeedDemon применена Time Division Multiple access (TDMA) технология, с помощью которой достигается скорость в 30 Mbps downstream, и 2.56 Mbps для upstream.Модем требует ширину диапазона в 6 MHz для downstream и 2 MHz upstream. Этот модем был разработан для использования в малых офисах и для домашних компьютеров. Также модем может функционировать как мост, таким образом, позволяя нескольким пользователям получить соединение, использовав лишь один клиентский модем.

BayNetwork LANcity(последнее - подразделение BayNetwork)

компания BayNetworks имеет широкий диапазон изделий, которые включают кабельные модемы, аппаратные маршрутизаторы switchи. Их кабельные модемы обеспечивают 10 Mbps для downstream и достаточно большой upstream. Эти скорости могут стабильно поддерживаться на расстоянии до 200 миль, без каких либо потерь данных. Модемы компании BayNetwork LANcity поддерживают технологию plug and play(в операционных системах windows98 и старше не требуют установки каких либо специальных драйверов, а могут потребовать лишь перезагрузки, для того чтобы операционная система "увидела" их), они используют SNMP-агента и имеют встроенную Operations Support Systems / Business Support System (OSS/BSS). Предпринимая подобный шаг, компания BayNetworks пыталась обеспечить низкую цену на установку и обслуживание их изделий.

Кабельный модем LANcity поддерживает до 16 пользователей.

3COM [1]

Системные и коммуникационные возможности .Поддерживает различные стандартные сетевые протоколы, включая , IPX, AppleTalk и NETBEUI.Поддерживает любые приложения, взаимодействующие с поддерживаемыми уровнями TCP или UDP

Физические интерфейсы
Компьютер: RJ-45 (10BASE-T) и USB
Абонентская линия кабельного телевидения: разъем F-типа, гнездо
Питание: от внешнего источника постоянного тока (в комплекте)
Светодиодные индикаторы: питание, установка соединения, передача данных, многофункциональный индикатор для функций, заданных оператором (FCN)

Входящая связь
Диапазон частот: 91-857 МГц
Полоса частот канала: 6 МГц
Модуляция: 64 QAM или 256 QAM
Скорость передачи: 5.056 млн. символов/с или 5.361 млн. символов/с
Скорость передачи информации: 23.96 Мбит/с или 30.8 Мбит/с
Рабочий диапазон приемника: от +15 до -15 дБмВ
Номинальный уровень входного сигнала: +0 дБмВ
Импеданс: 75 Ом (номинальное значение)
Коррекция ошибок: ITU J.83-B по MCNS-RFI
Частота ошибок с учетом коррекции (BER): 10^-8 при отношении сигнал/шум 23.5 дБ для 64 QAM, 10^-8 при отношении сигнал/шум 30.0 дБ для 256 QAM

Исходящая связь
Диапазон частот: 5-42 МГц
Полоса частот канала: 200-3200 Кгц
Модуляция: QPSK или 16 QAM
Скорость передачи символов: 160-2560 тыс. символов/c
Скорость передачи информации: 128 - 9000 Кбит/с
Диапазон сигналов передатчика: От +8 до +58 дБмВ
Импеданс: номинал 75 Ом
Коррекция ошибок: Код Рида-Соломона
Частота ошибок с учетом коррекции (BER): 10^-8 при отношении сигнал/шум 16 дБ

Соответствие стандартам
Электромагнитное излучение FCC Part 15, Class B EU EMC Directive VCCI
Безопасность UL CSA TUV
Стандарты DOCSIS SP-CMCI SP-CMTRI SP-OSSI P-RFI SP-BPI

Технические тесты (источник журнал CMPC)

Одновременная передача данных в двух направлениях

Производит. (Mbit/s)	Скорость
Com21	3.547	0.887
Nortel	2.130	0.532
3Com Int	0.975	0.244
3Com Ext	0.973	0.243
Toshiba	0.819	0.205

Рис.5 График теста на скорость и производительность различных

модемов при передаче данных в двух направлениях

Downstream

Рис.6 График теста на скорость и производительность различных

модемов при передаче данных в прямом направлении

FTP-HTTP

модемов при использовании FTP и HTTP протоколов

Upstream

Рис.8 График теста на скорость и производительность различных

модемов при передаче данных в обратном направлении

Как можно видеть из приведённых графиков по параметрам Upstream, Downstream, а также по двунаправленной передачи данных модемы компании BayNetwork (LANcity) уступают модемам других производителей, но по более важному параметру – скорости при использовании FTP-HTTP протоколов модемы этой фирмы намного опережают своих конкурентов, невысокая цена этих модемов (около 260 долларов США), а так же головного оборудования (порядка 1600 долларов США(HUB на 250 абонентов)), наличие огромного числа сервисных функций, а так же высокая интегрированность этой фирмы на Российский рынок, склоняют к использованию модемов именно этой фирмы.

4.2 Устройство и функции кабельного модема. [ 5]

Основной функцией кабельных модемов является передача данных по сети КТВ. Подключение кабельного модема осуществляется обычно через разделитель. Разделитель, в соответствии со своим названием, делит сигнал между телевизором и кабельным модемом. К одному из выходов разделителя и подключается кабельный модем. Несмотря на многочисленные отличия в

Рис. 9. Устройство кабельного модема

конструкции, все модемы имеют одну и ту же базовую архитектуру

К разделителю (фактически — телевизионной антенне) модем подключается через тюнер. Обычно тюнер имеет встроенный диплексор для приема и передачи сигналов. Принятый сигнал подается на демодулятор. Данный блок выполняет функции преобразования сигнала из аналоговой в цифровую форму, демодуляции QAM-64/256, синхронизации кадров MPEG и коррекции ошибок в соответствии с кодом Рида-Соломона.

Его двойником является пакетный модулятор; он соответствующим образом модулирует сигнал для его последующей передачи на оконечную станцию и выполняет все те же операции, но в обратной последовательности. Исходящий сигнал пропускается через задающий усилитель для обеспечения требуемой мощности сигнала. Часто и демодулятор, и модулятор реализуются в виде одной микросхемы.

Блок контроля доступа к среде передачи (Media Access Conrol, MAC) служит, с одной стороны, начальной точкой для исходящего пути, а с другой — конечной точкой для входящего пути. Ввиду сложности применяемых алгоритмов реализация функций уровня MAC требует применения микропроцессоров. Для этого используются микропроцессоры PowerPC компании Motorola или другие RISC-процессоры.

После обработки в блоке MAC данные передаются на компьютер через интерфейс. Помимо Ethernet на 10 Мбит/с это может быть также USB, PCI (в случае встроенного модема) и др.

4.3 Устройство сети [13]

Топология сети кабельного телевидения имеет древовидную (графа без циклов) структуру. В узлах дерева (не листьях), т. е. на головных станциях операторов, располагаются оконечные системы кабельных модемов (Cable Modem Termination System, CMTS), а на его листьях, т. е. в доме или на квартире у подписчиков, находятся собственно кабельные модемы. Связывающая их инфраструктура представляет собой коаксиальную или гибридную (Hybrid Fiber-Coaxial, HFC) сеть.

ма

УМ

ЧР

УД

HUB

Рис. 10 Общая топология сети

ГС КТВ- Головная станция кабельного телевидения

ГС INTERNET- Головное оборудование передачи данных включает в себя:

- Головной модем

- Транслятор

- Маршрутизатор

- WEB, Mail серверы

ОМ- Ответвитель магистральный

УМ- Усилитель магистральный

УД- Усилитель домовой

ЧР- Частотный разделитель

LCP- Кабельный модем

УАР- Оконечное устройство для подключения абонентов кабельного телевидения

РС- Рабочая станция абонента компьютерной сети

ТВ- телевизионные приемники абонентов кабельной сети

На рисунке 10 показан только один сегмент сети. Остальные сегменты подключаются к магистрали аналогично через магистральные ответвители.

С противоположной стороны кабельные модемы подключаются к оборудованию в помещении заказчика(HUBу). Таким оборудованием является обычно одиночный ПК. Вообще говоря, кабельные модемы позволяют обеспечить доступ в Internet и для небольшой домашней сети. Наиболее популярным интерфейсом для подключения ПК является Ethernet на 10 Мбит/с.

Оконечная система на головной станции передает поступающие от кабельных модемов запросы на маршрутизатор IP. От него же она получает данные для передачи абонентским устройствам. Такая передача осуществляется в широковещательной рассылке, и каждый из модемов извлекает предназначенные для него данные. При передаче данные объединяются с телевизионными сигналами.

CMTS(HUB) и маршрутизатор составляют минимальную сетевую конфигурацию для передачи данных на головной станции; вместе они называются распределительным концентратором (Distribution Hub). Кроме того, на головной станции могут располагаться кэширующие серверы для ускорения предоставления информационного наполнения и снижения нагрузки на магистральные каналы доступа.

Разрабатываемую сеть планируется развернуть в микрорайоне Заречный.

Сеть КТВ охватывает в микрорайоне 5 тыс. квартир. Она имеет три ветки, каждая – протяженностью до 3 км. Максимальное число магистральных усилителей на одной ветке – 7, расстояние между ними – около 350 м. Используется магистральный кабель разных типов: PK-75-17, PK-75-19, PK-75-24, Sat-703, RG-11 и др.

В сети используются магистральные и домовые усилители преимущественно серии 300 (соответственно УМ-311 и УД-311). Еще до начала эксплуатации сети большинство ее магистральных усилителей поддерживало обратный канал. Напротив, почти все домовые усилители его не обеспечивали, поскольку для трансляции программ КТВ он был не нужен. Сейчас производится постепенная реконструкция сети и устанавливаются усилители фирмы Hirshman (800 MГц) с обратным каналом.

Для организации интрасети на инфраструктуре КТВ (как замечалось выше) были выбраны кабельные модемы серии LANcity компании Bay Networks. Для передачи данных используются два телевизионных канала на несущих 227 MГц (прямой канал) и 24 MГц (обратный канал). В каждом их них задействуется полоса 6 МГц.

Модемы LANcity обеспечивают быстродействие в обоих направлениях до 10 Мбит/с, т.е. являются симметричными. Аппаратная часть системы передачи данных по сети КТВ включает в себя головное оборудование и хотя бы один пользовательский модем.

Головное оборудование состоит из головного модема (LCb) и транслятора (LCt). Головной модем рассчитан на обслуживание 2000 пользователей и подключается к маршрутизатору или компьютеру по интерфейсу AUI, а к транслятору – при помощи коаксиального кабеля. Этот модем может использоваться и как пользовательский корпоративный модем. Настройка режима его работы (в качестве головного или пользовательского модема) осуществляется при помощи программного обеспечения.

Транслятор служит для связи головного модема с сетью КТВ. Он включает в себя усилитель и конвертор частот прямого и обратного каналов. Головное оборудование передачи данных подключается параллельно ГС кабельного телевидения до первого магистрального усилителя. (рис. 10)

Необходимо также специальное ПО, одной из функций которого является формирование конфигурационных файлов для пользовательских модемов. В состав ПО входит также SNMP-менеджер, поскольку по этому протоколу осуществляется управление оборудованием и его диагностика. ПО поддержки SNMP входит в комплект поставки.

В настоящее время один пользовательский модем LCP компании Bay Networks способен обслуживать до 16 пользователей. Подключение абонентов осуществляется следующим образом: непосредственно после выхода домового усилителя устанавливается разветвитель на две ветки, одна из которых уходит на домовую телевизионную разводку, а вторая - на кабельный модем. (рис. 10) При помощи витой пары к последнему подключен концентратор. Далее домовая разводка системы передачи данных осуществляется при помощи витой пары или коаксиального кабеля. При этом учитываются ограничения на дальность связи, которые накладывает протокол Ethernet.

Как правило, устанавливается один кабельный модем на многоквартирный дом или группу близлежащих домов. Во втором случае промежуток между домами преодолевается "по воздуху" – с помощью коаксиального кабеля. Другими словами, в доме (нескольких домах) строится локальная сеть (ЛС) Ethernet, а кабельный модем служит коллективным устройством доступа в сеть КТВ, которая, в свою очередь, позволяет решить проблему "последней мили". Для предоставления услуг доступа в Internet необходимо проложить магистраль до первичного провайдера. В качестве первичного провайдера выступает компания УралРелком, которая выделяет 10Мб канал для доступа в Internet.

На начальном этапе предлагается установить сервер на основе windowsNT, который будет выполнять функции Web- сервера,Mail-сервера и первичного концентратора, подключить к нему головной кабельный модем, сетевую карту, и установить соответствующее программное обеспечение. Далее потребуется компьютер – маршрутизатор для которого на начальном этапе достаточно конфигурации 486/32mb озу,2 сетевые карты, без винчестера и монитора. На период инсталляции Freesco(см. ниже) можно взять монитор с windowsNT сервера, дальнейшая работа маршрутизатора будет осуществляться с дискеты. Маршрутизатор предлагается соединить с winNT сервером при помощи «витой пары» (одна сетевая карта на маршрутизаторе и сетевая карта на winNT сервере необходимы именно для этой цели, вторая же сетевая карта на маршрутизаторе предназначена для подключения к более крупному провайдеру). Далее будет необходимо соединить головной кабельный модем с телевизионной сетью. Для организации обратного канала необходимо настроить усилители обратного сигнала. После чего остаётся подключение компьютеров пользователей к сети КТВ при помощи кабельных модемов. Минимальные требования к компьютеру пользователя это процессор не ниже 486, 4Мб ОЗУ, любой монитор и установленная Ethernet карта. Если на компьютере пользователя установлена O.С. windows9x/windowsNT/windows2000, то необходимо будет сконфигурировать лишь tcp/ip настройки OS (так как предполагается использование модемов компании BayNetworks, которые обладают интерфейсом plug and play и модем будет найден сразу после включения и перезагрузки). В случае же систем на базе Linux а так же dos, ещё перед этим некоторые временные затраты вызовет настройка драйверов, хотя и в этих O.С. работа с кабельным модемом возможна, более того в последних версиях пакетов уже включена поддержка кабельных модемов, и перекомпиляция ядра будет произведена автоматически.

4.4 Настройка сети

1. Сборка схемы на столе, без использования кабельных усилителей. Необходимо добиться загрузки головного и пользовательского модемов, понять принцип работы оборудования.

2. Добавление к схеме кабельного усилителя. Этот этап позволяет понять, как влияют параметры прямого и обратного каналов на работу кабельных модемов.

3. Установка головного оборудования на линию и подключение пользовательского модема непосредственно после первого магистрального усилителя.

4. Настройка линии сети КТВ в соответствии с требованиями, выявленными на втором этапе.

5. Установка кабельного модема на выбранном участке линии, тестирование, подстройка в зависимости от условий работы.

Первый этап занял у нас около трех дней, поскольку пришлось повозиться с программным обеспечением, поставляемым вместе с оборудованием. Данное ПО рассчитано на Windows 95 и включает в себя утилиту формирования конфигурационных файлов для пользовательских модемов, серверы DHCP и TFTP. Оказалось, что ПО работает только если не пытаться изменять параметры системы вручную. Впоследствии мы отказались от использования этого ПО и перевели обслуживание модемов на Windows NT (о чем говорилось выше).

Второй этап не принес особых неожиданностей, однако пропускать его нельзя. В противном случае будет очень сложно понять, что нужно сделать с усилителями на линии. Успешно завершив этот этап, можно представить последовательность усилителей на линии как один усилитель, у которого требуется правильно отрегулировать параметры работы.

Третий этап, по моему мнению, самый сложный. Дело в том, что для кабельных модемов допуски по уровням сигналов в прямом и обратном каналах лежат в достаточно широком диапазоне, но для реальной линии необходимо найти нужный баланс значений ослабления сигнала с помощью аттенюаторов. У нас основные проблемы были связаны с наличием помех в телевизионных каналах, а также с плохой работой головного модема при низком номинале ослабления сигналов в обратном канале. Этот процесс отнимает довольно много времени, так как изменения в настройках требуют тестирования на протяжении нескольких дней.

Сложности, возникшие на четвертом этапе, были связаны с отсутствием измерительного оборудования и методики регулировки обратного канала (для целей КТВ он используется нечасто). Для регулировки обратного канала пришлось собрать генератор, работающий на частоте 27 MГц (тот минимум, который может измерить наше оборудование). Напомню, модемы у нас работают на частоте 24 (+-3) MГц, что внесло дополнительные погрешности в измерения.

Пятый этап обычно не представляет сложности при правильном выполнении предыдущих действий. Кроме того, если модем загрузился хотя бы один раз, на его дисплее можно увидеть параметры прямого и обратного каналов кабельной линии и произвести необходимую регулировку.

Весь процесс тестирования занял у нас около полугода. Однако можно сказать, что он продолжается до сих пор: коммерческая эксплуатация позволяет проверить надежность сети, а кроме того, обеспечивает круглосуточный мониторинг ее состояния со стороны пользователей, чего невозможно добиться с помощью одного пользовательского модема.

Следует признать, что оборудование работает достаточно надежно. Модемы выдерживают изменение уровней сигнала в кабельной сети на 4–6 дБ. В тех случаях, когда связь все-таки прерывается, модемы перезагружаются автоматически. Этот процесс осуществляется практически незаметно для абонентов: цикл загрузки пользовательского модема составляет около 30 с, после чего связь восстанавливается.

4.5 Программное обеспечение [5]

WEB-серверы

В настоящее время существует огромное количество всевозможных web-серверов, для всевозможных операционных систем, и с различными возможностями, сводные характеристики некоторых из них приведены в Таблице 2

Таблица 2

* Пользователь управляет сервером Lotus Domino с клиентского ПК.
N/A ¹ - неприменимо. Данная характеристика свойственна лишь программам на базе Windows.
N/A ² - неприменимо. Пакет Apache не содержит средств телефонии.

Проанализировав эту таблицу можно сделать вывод, что наименьшим отношением цена/качество обладает Microsoft IIS, именно эта программа рекомендуется для будущей сети.

Mail-серверы

Современные требования, предъявляемые к ПО электронной почты, не ограничиваются только необходимостью обеспечения передачи сообщений. Электронная почта должна обеспечить выполнение одновременно несколько функций, или другими словами, она должна быть многокомпонентным программным продуктом.

Проведем сравнения возможностей и характеристик программных продуктов Lotus Domino 4.6, Microsoft Exchange 5.0, Novell Groupwise 4.x и Netscape. В первую очередь, современная почта должна быть многофункциональной и надежной. Лучшую надежность можно получить при использовании технологии “клиент-сервер”. Многофункциональность обеспечивается наличием встроенных в продукт таких характеристик, как планирование мероприятий (органайзер), ведение дискуссий или хотя бы общих папок, возможность работы с библиотеками документов и “прозрачный” режим работы из Internet через Web-browser. В таблице 3 приведены о наличии этих характеристик в сравниваемых продуктах.

Таблица 3. Характеристики программ современной электронной почты

На основе этой таблицы, а так же многочисленных заявлениях экспертов в различных компьютерных журналах посвящённых этой проблеме, можно сделать вывод, что Lotus Domino является наиболее функциональной программой в этом роде, она не только ни в чем не уступает своему основному конкуренту MS Exchange, но и по значительному числу параметров превосходит его. Исходя из этого выбираем для планируемой сети Lotus Domino.

Маршрутизатор

В настоящее время существует огромное количество всевозможных маршрутизаторов, как аппаратных, так и программных, из всего этого многообразия хотелось бы особое внимание уделить пакету программ Freesco(www.freesco.org), преимущества этого пакета состоят в том, что во- первых это операционная система (на базе ядра Linux) была разработана исключительно для маршрутизирования, а как следствие легкость в настройке и малые системные требования, во вторых это свойственная системам на базе Linux надёжность в сетевой сфере, в- третьих это поддержка данной OS кабельных модемов. Сам по себе пакет программ является абсолютно бесплатным, а его полная готовая к работе версия занимает одну 1.44 mb дискету. Именно Freesco и выбираем в качестве маршрутизатора для будущей сети.

Обеспечение авторификации [14]

Как дополнительное расширение будущей сети предлагается усовершенствовать её при помощи возможности авторификации пользователей сети, из-за аппаратной сложности реализации подобных алгоритмов предлагается использовать специальное программное обеспечение, а именно, алгоритма “доказательств с нулевым знанием”(ZKP)

Метод ZKP основан на том, что проверяющий знает всегда только половину информации. Конечно, при таком условии нельзя быть уверенным в том, что человек тот за кого он себя выдает. Но проверяющий каждый раз может спросить любую часть информации, причем несколько раз.

Рассмотрим данный метод на примере графов. Граф – конечная совокупность точек, называемых вершинами; некоторые из них соединены друг с другом линиями, называемыми ребрами графа. Простейший вид графа – это города соединенные дорогами на карте.

У некоторых графов есть гамильтонов цикл – это способ соединения всех вершин графа одной кривой, проходящий по его ребрам и не проходящий через одну вершину дважды. Допустим, проверяющему показали гамильтонов цикл графа, но он не знает от какой точки к какой идти, если проверяющий убедился в том, что у проверяемого нужный граф, то он не видит гамильтонов цикл, так как у графа изменились координаты точек.

Каждый вопрос будет понижать шансы на случайный ответ. Сначала, вероятность угадать, равна 1/2, потом 1/4 и через сто вопросов вероятность упадет до 1/2¹⁰⁰ . Если человек не знает правильного графа и гамильтонова цикла, то ему будет практически невозможно ответить на все вопросы ни разу не ошибавшись, а проверка заканчивается при первой же ошибке.

Как происходит проверка? Допустим, некоторый компьютер (А) устанавливает подлинность представления удалённого компьютера (Б). У компьютера Б есть граф, для которого ему известен гамильтонов цикл.

Сначала компьютер Б посылает граф, который получился из проверочного случайным переименованием вершин. Компьютер А случайным образом выбирает, какую информацию он хочет проверить, совпадение этого графа с тем, что у него есть, или известность компьютеру Б гамильтонова цикла для этого графа. Предположим, что компьютер б хочет убедиться в совпадении этого графа с тем, что есть у него и посылает об этом сообщение компьютеру Б, компьютер Б в свою очередь посылает компьютеру А информацию о том, каким образом надо переименовать вершины графа, чтобы получился исходный. Если подобное преобразование действительно переведет граф в исходный, то компьютер А считает, что на этот вопрос он получил правильный ответ и продолжает проверку.

Далее компьютер Б снова посылает граф, на этот раз, переименовав вершины по-другому (случайным образом). Пусть в этот раз компьютер А выбрал, что хочет узнать гамильтонов цикл, тогда компьютер Б посылает последовательность имен вершин, которая в измененном графе действительно является гамильтоновым циклом. Таким образом, после некоторого числа подобных шагов, компьютер А убеждается, что компьютер Б действительно тот, за которого себя выдаёт, отметим, что при этом компьютер А не сможет сам представится компьютером Б, ведь он так и не узнал гамильтонова цикла для исходного графа, а гамильтонов цикл найти для граф с десятью вершинами уже не просто, а если у графа 100 вершин то это уже почти невозможно. А если вершин 1000, то подбор гамильтонова цикла на современном компьютере займет несколько сотен лет.

Как же генерируются проверочные графы? Пусть в начале есть граф на 1000 вершин, где n-ая вершина соединена с n+1, а 1000 с 1, теперь случайным образом переименуем вершины, и запомним теперь для этого графа гамильтонов цикл далее для каждой пары вершин с вероятностью 34% будем соединять ребром, в конце данной процедуры получим граф, для которого мы знаем цикл и в то же время, найти его кем-то другим не представляется возможным.

Чтобы показать вам всю сложность нахождения гамильтонова цикла рассмотрим граф из семи точек, приведенный на рисунке ниже. Если попытаться самому придумать гамильтонов цикл, то на это уйдет от 30 минут до нескольких часов.

Рис. 11 Гамильтонов цикл

На рисунке показан граф с 7 вершинами; сплошные линии - гамильтонов цикл для данного графа пунктир ребра, по которым не прошла кривая гамильтонова цикла. При возможной реализации проекта, можно будет написать подобное программное обеспечение.

6. Расчет затрат и экономической эффективности планируемой сети.

Расчет доходной части на календарный год.

Приток денежных средств на реализацию проекта –это банковский кредит 25000$ под 12% годовых на 3 года.

Таблица 6.1

Следует понимать, что приведенные расчеты весьма приблизительны. Например, очень сложно предугадать, средние ежемесячные выплаты клиента.

Расходы по организации проекта

Расходы по организации и реализации программы доступа в интернет по сетям КТВ складываются из следующих крупных блоков:

- В ыплата процента по кредиту и самого кредита;

- Помесячная плата внешнему провайдеру;

- Приобретение оборудования;

- Прокладывание кабеля к внешнему провайдеру;

- Приобретение программного обеспечения;

- Настройка сети;

- Расходы на рекламу, информирование клиентов и т.п.;

- Зарплата сотрудников отдела.

Помесячная плата внешнему провайдеру.

Так как планируется относительно небольшая сеть то необходим внешний провайдер, например в качестве внешнего провайдера может выступать организация УралРелком100 Мбитный канал по витой паре, в этой организации, обходится примерно в 800 долларов ежемесячно.

Оборудование.

Приобретение оборудования представляет собой один из наиболее дорогостоящих элементов этого проекта. Набор и количество техники определяется в основном степенью масштабности сети. Для реализации этого проекта необходимы – сервер winNt, маршрутизатор Linux, а так же клиентные модемы. Несколько клиентов заключили договора на доступ в интернет, им устанавливается клиентские модемы. Сервер winNt и маршрутизатор устанавливаются в помещении организации предоставляющей услуги кабельного телевидения.

Прокладывание кабеля к внешнему провайдеру

Для того чтобы соединить маршрутизатор с внешним провайдером потребуется примерно 2 км кабеля TПП-096, комплект грозо защиты APС, так же некоторые расходы вызовет монтирование кабеля.

Компьютерное программное обеспечение.

Является одним из важнейших элементов проекта. Для сервера winNT в качестве операционной системы – Windows2000 advanced server edition; в качестве mail-сервера – Lotus domino corporation edition; в качестве web-сервера microsoft IIS – являющийся частью windows2000; на маршрутизаторе – операционная система – FreeSco.

Настройка сети

Некоторые расходы вызовет необходимость настройки ПО головной станции, а так же настройка для работы у клиентов.

Расходы на рекламу.

Необходимо расклеить объявления на домах подключённых к сети, так же можно разослать письма абонентам сети.

Фонд оплаты труда сотрудников.

Поддержание работаспособности подобной сети требует высокой квалификации программистов и операторов сети соответственно заработная плата, новым сотрудникам тоже должна быть высока, так же необходимо будет повысить заработную плату существующим сотрудникам, в связи с большей нагрузкой.

Расчет расходной части на первый год. Таблица 6.2

В эту таблицу не включены пользовательские модемы, так как их оплата производится клиентом при подключении.

Расчет экономических показателей на первый год.

Доходы в первый год составят 19800$.

Расходы в первый год составят 35050$, значит убыток составит 15250$.

Расчет экономических показателей на второй год.

Таблица 6.3

При условии стабильности экономического и политического состояния страны, во второй год при возросших доходах (за счет роста количества клиентов, роста абонентской платы и введения дополнительных услуг) (приблизительно 46100$), расходы будут существенно меньше и составят 27110$.

Получим прибыль в 18990 долларов.

Налог на прибыль(30%) составит 5697$.

Чистая прибыль составит 13293$.

Расходная часть за третий год эксплуатации в основном будет складываться из выплаты кредита и проценту по кредиту, а так же помесячной выплаты внешнему провайдеру и составит 26630$.

Доходная часть, за счет увеличения числа клиентов составит 58100$. Прибыль составит 31470$.

Налог на прибыль (30%) составит 9441$.

Чистая прибыль составит 22029$. Таблица 6.4

1 Год 2Год 3Год

Расход 35050$ 27110$ 26630$

Доход 19800$ 46100$ 58100$

Чистая прибыль -15250$ 13293$ 22029$

Итого: Чистая прибыль за 3 года 20072$

При условии стабильности экономического и политического состояния страны, на третий год эксплуатации, за счет роста количества клиентов, увеличения абонентской платы, дополнительных услуг, доходная часть значительно превысит расходную.

В связи с выше изложенным можно считать, что проект по внедрению доступа в INTERNET по сетям кабельного телевидения окупиться ко второму кварталу третьего года эксплуатации.

6 . Безопасность жизнедеятельности

Содержание.

6.Безопасность жизнедеятельности.

6.1 Характеристика рабочего места.

6.2 Безопасность труда.

6.2.1 Защита от шума.

6.2.2 Защита от электромагнитных излучений.

6.2.3 Защита от ионизирующих излучений.

6.2.4 Защита от воздействия электростатического поля.

6.3 Условия труда.

6.3.1 Производственный микроклимат.

6.3.2 Производственное освещение.

6.3.3 Технические меры защиты от поражения электрическим током.

6.3.4 Защитное заземление компьютерного оборудования.

6.4 Эргономика рабочего места.

6.4.1 Работа с дисплеем.

6.4.2 Рабочее место.

6.5 Пожарная безопасность.

6.6 Чрезвычайные ситуации.

6.7 Выводы.

6.1. Характеристика рабочего места.

Во время работы на компьютерах операторам приходится постоянно находится перед ПЭВМ. Работа на ПЭВМ характеризуется воздействием на организм человека следующих вредных факторов:

- повышенное значение напряжения электрического тока;

- рентгеновское излучение, возникающее при торможении электронного луча на внутренней поверхности кинескопа монитора;

- синий люминофор экрана монитора имеет частичное излучение в ультрафиолетовой области спектра;

- электромагнитные колебания низкой частоты, связанные с работой схем развёртки электронно-лучевой трубки монитора;

- электромагнитные поля (эффект отражения);

- повышенный уровень шума;

- электромагнитное излучение (радиочастоты);

- электростатическое поле.

Для обеспечения, наилучших условий для эффективной и безопасной работы нужно создать такие условия труда, которые будут комфортными и максимально уменьшающими воздействие данных вредных факторов. Необходимо, чтобы перечисленные вредные факторы согласовывались с установленными правилами и нормами.

6.2. Безопасность труда.

6.2.1. Защита от шума.

Шум - это совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху.

Исследования показывают, что в условиях шума прежде всего страдают слуховые функции. Но действие шума не ограничивается влиянием только на слух. Он вызывает заметные сдвиги ряда физиологических и психических функций. Шум вредно влияет на нервную систему и снижает скорость и точность сенсомоторных процессов, возрастает число ошибок при решении интеллектуальных задач. Шум оказывает заметное влияние на внимание человека и вызывает негативные эмоции.

Основным источником шума в помещениях, где находятся ЭВМ, является оборудование для кондиционирования воздуха, печатная и копировальная техника, а в самих ЭВМ вентиляторы систем охлаждения. В соответствии с [1] уровень шума на рабочем месте не должен превышать 59дБ. Нормируемые уровни шума обеспечиваются путем использования звукопоглощающих материалов для облицовки помещений.

Основными мерами борьбы с шумом являются:

- устранение или ослабление причин шума в самом его источнике в процессе проектирования и эксплуатации оборудования;

- изоляция источников шума от окружающей среды средствами звукоизоляции и звукопоглощения;

- рациональная планировка производственного оборудования;

- изоляция источников шума от окружающей среды;

6.2.2. Защита от электромагнитных излучений.

Согласно [2] нормируемыми параметрами в диапазоне частот 60 кГц - 300МГц являются напряженности Е и Н электромагнитного поля. При частоте от 60кГц до 3МГц напряженность электрического поля может составлять до 50В/м, а напряженность магнитного поля до 5А/м.

При работе монитора генерируется электромагнитное излучение очень низкой частоты. Вблизи монитора напряженность электромагнитного поля составляет от 4 до 7 миллигаусс. Напряженность магнитного поля выше 4 миллигаусс является вредной для человека. Такое излучение является причиной аномалий при беременности и вызывает изменение на клеточном уровне. Отрицательно сказывается на человеческом организме увеличение количества положительно заряженных ионов в воздухе, вблизи работающего монитора. Медицинские исследования, проведенные в США, показывают, что долговременное пребывание в деионизированной атмосфере воздействуют на метаболизм и приводит к изменению биохимической реакции в крови на клеточном уровне, что нередко приводит к стрессам. При работе с монитором на нем накапливается заряд статического электричества, приводящий к возникновению электростатического разряда.

Защита от электромагнитного воздействия обеспечивается экранами с электропроводящей поверхностью. В конструкции этих экранов, как правило, предусмотрена возможность заземления. Эти экраны обеспечивают надежную защиту от электромагнитных излучений. Существуют следующие типы экранов:

- экраны типа "поляроид";

- экраны пленочного типа;

- стеклянные экраны;

- сетчатые экраны.

Среди представителей всех перечисленных типов есть экраны с проводящей поверхностью и возможностью заземления. Эти экраны защищают владельца от электростатического и электромагнитного излучения монитора.

6.2.3. Защита от ионизирующих излучений.

Ионизирующее излучение – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного типа.

Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны.

Энергию частиц ионизирующего излучения измеряют во внесистемных единицах электрон - вольтах.

Источник ионизирующего излучения - устройство, испускающее ионизирующее излучение .

С началом применения дисплейной, техники, в которой используется электронно-лучевые трубки, возникла проблема защиты оператора от вредного рентгеновского излучения, источником которого она является. При разработке современных дисплеев учитываются безопасные дозы излучения и делается все, чтобы обезопасить человека от вредного воздействия радиации .

6.2.4. Защита от воздействия электростатического поля.

Причиной возникновения электростатического заряда является то, что электронно-лучевая трубка в мониторе заряжена отрицательно, что приводит к накоплению положительных аэроионов. При избытке положительных аэроионов их положительных заряд начинает отталкивать микрочастицы, всегда присутствующие в воздухе. Они разгоняются и бомбардируют лицо и глаза человека, находящегося перед монитором. Это производит очень негативное действие (раздражение нервной системы и кожи) .

Напряженность электростатического поля не должна превышать значений, допустимых [2].

Содержание легких аэроионов обоих знаков в зоне дыхания работающего человека практически может колебаться в пределах от 1,5-10 до 5-10 в 1 см воздуха.

Для защиты от воздействия электростатического заряда предпочтительнее всего применяясь заземленный защитный фильтр.

Так же в качестве защиты от статического электричества в помещениях с ЭВМ можно использовать нейтрализаторы и увлажнители, а полы должны иметь антистатическое покрытие.

Для поддержания нормированных значений концентрации положительных и отрицательных, ионов в помещениях с ЭВМ рекомендуется устанавливать кондиционеры, устройства ионизации воздуха или проводить естественное проветривание длительностью не менее 10 минут после каждых 2 часов работы.

В целях предотвращения вредного влияния на организм работающих людей пылинок с аэроионами необходимо ежедневно проводить влажную уборку помещений и не реже 1 раза в смену удалять пыль с экранов при выключенном мониторе.

6.3. Условия труда.

6.3.1. Производственный микроклимат.

Наиболее значительным физическим фактором является производственный микроклимат, который характеризуется уровнем температуры и влажности воздуха, а также интенсивностью уровня радиации.

Используемые ЭВМ не требуют создания особых микроклиматических условий для работы и нормально функционируют в пределах допустимых для человека значений температуры и влажности.

В виду того, что ЭВМ являются источниками тепловыделений, существует возможность повышения температуры и снижения влажности воздуха на рабочих местах, способствующих раздражению кожи. Микроклиматические условия в помещении с ЭВМ должны удовлетворять требованиям в соответствии [3] :

- температура окружающей среды в холодный период года 20 - 22C, в теплый период 22 - 25С;

- относительную влажность воздуха 30 - 60%;

- содержание пыли - макс. 0.0001 кг/м при размере частиц макс. 3 мкм.

Одним из условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха. Атмосферный воздух в своем составе содержит в процентном отношении:

азот 78,8%

кислород 20,25%

аргон, неон и другие инертные газы 0,93%

углекислый газ 0,03%

Воздух такого состава наиболее благоприятен для дыхания человека.

Рассматриваемое в данной дипломной работе сетевое оборудование и рабочие станции в процессе работы не вырабатывают никаких вредных веществ. Таким образом воздушная среда в помещении, где они используется, вредных воздействий на организм человека не оказывает и удовлетворяет требованиям I категории работ, согласно [3].

Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений нормируются [3] и приведены, в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

6.3.2. Производственное освещение.

Освещение служит одним из важнейших факторов, влияющих на производительность труда. Рационально устроенное освещение на рабочих местах операторов является существенным показателем высокого уровня культуры труда, неотъемлемой частью научной организации труда и эстетики производства.

Требования к рациональной освещенности производственных помещений сводятся к следующему:

- правильный выбор источников света и систем освещения;

- создание необходимого уровня освещенности рабочих поверхностей;

- ограничение слепящего действия света, устранение бликов;

- обеспечение равномерного освещения.

Приемлемый уровень освещения в помещении можно найти, если последовательно решить две задачи:

1. Определить требуемый для оператора уровень освещения рабочего места внешними источниками света.

2. Если требуемый уровень освещенности окажется неприемлемым для других, операторов, работающих в данном, помещении, необходимо найти способ сохранения требуемого контраста изображения другими средствами. Например, можно распределить световой поток с учетом расположения рабочих мест и средств отображения, информации.

При проектировании и организации рабочего места оператора ЭВМ следует предпринять меры по предотвращению прямых и отраженных бликов. Прямые блики появляется в результате наличия источников света непосредственно в поле зрения оператора, отраженные блики - в результате наличия внутри поля зрения отражающих поверхностей. Прямые блики можно уменьшить любым из следующих способов: применять отраженное освещение; пользоваться несколькими источниками освещения меньшей мощности вместо одного сильного; использовать средства экранирования прямого света от глаз оператора.

Отраженные блики можно уменьшить следующими способами:

- использовать рассеянный свет;

- применять матовые поверхности;

- располагать источники прямого света так, чтобы угол наблюдения оператором рабочей площади не совпадал с углом падения- на нее- лучей- света от щеточника.

Важной задачей является выбор вида освещения (естественное или. искусственное) и в соответствии с этим - выбор типа производственного помещения (с окнами или без окон).

Наиболее благоприятно для человека естественное освещение. При естественном освещении производительность труда рабочих выше, чем при искусственном. Для достаточного естественного освещения площадь окон должна составлять не менее 1/3 от общей площади- наружных стен.

Однако, следует учитывать, что применение естественного света имеет много недостатков: поступление света, как правило, только с одной стороны, неравномерность освещенности в пространстве и т.д.

Для устранения этих недостатков необходимо применять дополнительные приспособления. Применение двойного света (сочетание естественного и искусственного освещения) физиологически мало эффективно и отрицательно действует на зрение, способствует преждевременному утомлению.

Применение искусственного освещения помогает избегать многих из рассмотренных недостатков и создавать оптимальный световой режим. Однако, применение помещений без окон создает в ряде случаев у людей чувство стесненности и неуверенности. Особенно сильно это проявляется в помещениях малого объема. В больших помещениях данный недостаток практически отсутствует, поэтому здесь предпочтительно применение искусственного освещения можно применять лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Согласно [4] величина освещенности люминесцентными лампами должна быть в горизонтальной плоскости не ниже 300 лк - для системы общего освещения. С учетом зрительной работы высокой точности величина освещенности может быть увеличена до 1000 лк.

Кроме освещенности большое влияние на деятельность оператора оказывает цвет окраски помещения и спектральные характеристики используемого света. Рекомендуется, чтобы потолок отражал 80-90%, стены - 50-60%, а пол - 15-30% падающего на них света. Помещение, где расположена ПЭВМЛ должно быть светлым, чистым. Потолки и стены рекомендуется окрашивать в светлые тона.

В помещениях, где установлено компьютерное оборудование, созданы условия, удовлетворяющие данным требованиям.

6.3.3. Технические меры защиты от поражения электрическим током.

Все технические меры можно условно разделить на две группы.

Технические защитные меры первой группы обеспечивают защиту от поражения электрическим током обслуживающего персонала в случае прикосновения к токоведущим частям, к ним относятся:

- контроль состояния изоляции электротехнических устройств и участков питающей их сети;

- блокировка и защитные ограждения;

- оптимальное расположение оборудования, обеспечивающее разрывы между токоведущими частями;

- сигнализация безопасности (световая, звуковая), маркировка и предупредительные плакаты;

- защита от перехода высокого напряжения на сторону низкого напряжения;

- применение низких напряжений 42 и 12 В;

- применение индивидуальных защитных изолирующих средств.

Технические меры второй группы обеспечивают защиту от поражения электрическим током при прикосновении к корпусу электроустановки в случае пробоя изоляции токоведущих частей, к ним относятся:

- защитное заземление;

- защитное зануление;

- защитное отключение;

- двойная изоляция;

- применение разделительных трансформаторов.

Электрическая изоляция токоведущих частей.

Известно, что надежность и долговечность работы электротехнического оборудования во многом зависят от состояния электрической изоляции токоведущих частей. Повреждение изоляции весьма часто является главной причиной многих электрических травм, аварий и пожаров. Физический смысл изоляции, как защитной меры, заключается в ограничении тока, протекающего по телу человека, до безопасной величины.

Надежная изоляция зависит от многих факторов и обеспечивается применением, определенного ее типа (рабочая, усиленная и двойная), соответствующих изоляционных материалов, рациональной конструкцией электрооборудования, нормальными условиями производственной среды и, наконец, правильной организацией профилактики в процессе эксплуатации.

Как правило, электротехническое оборудование имеет рабочую изоляцию, которая должна выдерживать предельно возможные в условиях эксплуатации механические, электрические и тепловые нагрузки.

Защитное заземление - это преднамеренное соединение с землей нетоковедущих металлических частей электрического оборудования, аппаратуры, молниеотводов и разрядников. Назначение защитного заземления - снизить до безопасной величины напряжение на корпусе относительно земли, возникающее на нетоковедущих частях электроустановок в случае замыкания на корпус (пробоя на корпус) при повреждении изоляции проводников, несущих рабочий ток питания аппаратуры.

Принцип действия защитного заземления можно пояснить на следующем примере (7.1) . Человек с сопротивлением Rч, касаясь поврежденного каркаса стойки, включается параллельно сопротивлению заземлителя Rз и сопротивлению пробитой изоляции проводов R1, а также последовательно сопротивлению изоляции неповрежденного провода R2 по отношению к земле. В этом случае ток проходящий через тело человека :

Iз=U*Rз/Rч*R2, (7.1)
где U - напряжение сети.

Согласно этому выражению ток, проходящий через тело человека, можно снизить, увеличивал, сопротивления Rч и R2 или уменьшая сопротивление заземлителя. Последнее является наиболее простым, так как сопротивление заземления во многом зависит от его конфигурации и поэтому можно, изменяя ее, получить любое нужное значение сопротивления.

Таким образом, при наличии заземления с сопротивлением растеканию тока малой величины, резко уменьшается ток протекающий через тело человека, который коснулся поврежденного заземленного корпуса. К аналогичному выводу можно прийти, рассмотрев значение сопротивления заземления корпусов электрооборудования при питании от сети переменного тока.

6.3.4. Защитное заземление компьютерного оборудования.

Проектируемая ЛВС создается на базе имеющихся рабочих станций, расположенных в разных местах одного здания. Помещения оборудованы кабельными коробами для прокладки кабелей. К каждому рабочему месту (компьютеру) проведено электропитание ~ 220 В, частотой 50 Гц, с рабочим заземлением. Перед вводом электропитания в помещение установлены автоматы, отключающие электропитание в случае короткого замыкания. Отдельно проведено защитное заземление .

При подключении ПЭВМ необходимо соединить корпус аппаратуры с жилой защитного заземления, для того, чтобы в случае выхода из строя изоляции или по каким-либо другим причинам опасное напряжение электропитания, при прикосновении человеком корпуса аппаратуры, не смогло создать ток опаской величины через, тело человека.

Для этого используется третий контакт в электрических розетках, который подключен к жиле защитного заземления. Корпуса аппаратуры заземляются через кабель электропитания по специально выделенному проводнику.

6.4. Эргономика рабочего места.

6.4.1. Работа с дисплеем.

Дисплей должен отвечать следующим техническим требованиям:

- яркость свечения не менее 100 кд/м2;

- минимальный размер световой точки не более 0,1 мм для цветного дисплея;

- контрастность изображения знака не менее 0,8;

- частота кадровой развертки не менее 7 кГц;

- количество точек не менее 640;

- антибликовое покрытие экрана;

- размер экрана не менее 31 см по диагонали;

- высота символов на экране не менее 3,8 мм; Расстояние от глаз оператора до экрана должно быть порядка 40 - 80 см;

- яркость свечения не менее 100 кд/м2;

- минимальный размер световой точки не более 0,1 мм для цветного дисплея;

- контрастность изображения знака не менее 0,8;

- частота кадровой развертки не менее 7 кГц;

- количество точек не менее 640;

- антибликовое покрытие экрана;

- размер экрана не менее 31 см по диагонали; высота символов на экране не менее 3,8 мм;

- Расстояние от глаз оператора до экрана должно быть порядка 40 - 80 см;

Дисплей должен быть оборудован поворотной площадкой, позволяющей перемещать его в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах 130-220 мм и изменять угол наклона экрана на 10-15 градусов.

Дипломная работа выполнялась на компьютере с монитором ViewSonic диагональю 39 см. Данный монитор выполнен в соответствии с мировыми стандартами и отвечает всем вышеперечисленным техническим требованиям.

Также этот монитор снабжен системой Low Radiation, которая сводит к минимуму уровень вредных излучений. Средняя яркость свечения экрана должна быть более высокой относительно яркости свечения других объектов на рабочем столе. Нижней комфортной границей уровня яркости светящихся сигналов можно считать 30 кд на 1 м2.

Оптимальное соотношение яркости между экраном, его ближним и дальним окружением (периферийная зрительная зона) составляет 5:2:1. Соотношение фон - буква - 5:1. Значительно сниженный контраст между знаком и фоном экрана способствует утомлению зрительного анализатора. Субъективная оценка яркости воспринимаемого сигнала зависит от яркости фона, в связи с чем различают прямой контраст - рассчитываемый для темного объекта на светлом фоне обратный контраст -для светлого объекта на темном фоне.

Критическая частота мелькания (КЧМ) - это частота появления светового сигнала, при которой он как раздражитель воспринимается непрерывно.

Эта частота зависит от яркости, размеров, конфигурации изображения. При нормальных условиях эта КЧМ примерно равна 15 - 25 Гц, но при зрительном утомлении эта величина снижается.

В разработанной программе эта величина - частота смены изображений - не превышает 1 Гц, что позволяет считывать данные без утомления оператора.

Для защиты от эффекта блёсткости следует предусмотреть специальные экраны, плёночные покрытия, фильтры и т.д.

Коэффициент отражения экрана должен составлять:

- 0,4 - 0,8 при низком уровне освещённости (10 - 500 ж);

- ОД - 0,4 при среднем уровне освещённости (500 -10000 лк);

- ОД при высоком уровне освещённости (> 10000 лк);

Цвет поверхности стола, на котором расположено терминальное оборудование, должен дополнять цвет терминала и быть матовым для снижения отражения.

6.4.2. Рабочее место.

Рабочее место оператора для выполнения работ сидя должно соответствовать требованиям [5].

Пространственная организация рабочего места должна обеспечивать оптимальную рабочую позу:

- голова наклонена вперёд на 10 - 20 градусов;

- спина имеет упор, соотношение между плечом и предплечьем, а также между бедром и голенью - прямой угол.

Основные параметры рабочего места должны быть регулируемыми. Этим обеспечивается возможность создания благоприятных условий труда отдельному человеку с учётом геоантропометрических характеристик.

Основные параметры рабочего места, оснащённого персональным компьютером (рис.7.1.):

- высота сидения 42-45 см;

- высота клавиатуры от пола 70-85 см;

- угол наклона клавиатуры от горизонтали 7-15 градусов;

- удалённость клавиатуры от края стола 10-26 см;

- расстояние от центра экрана до пола 90 - 115 см;

- угол наклона экрана от вертикали 0-30 градусов (оптимальный 15);

- удалённость экрана от края стола 50 - 75 см;

- высота рабочей поверхности для записей 74 - 78 см;

- на рабочем месте необходимо предусмотреть подставку для ног, рекомендуемую для всех видов работ, связанных с длительным сохранением положения сидя [5].

При проектировании пространственного размещения рабочих мест в общем зале, необходимо учитывать потребность человека в сохранении персонального пространства и оптимальной дистанции, зависящей от характера взаимоотношений и от внешней ситуации.

Рекомендуется размещать рабочие места на расстоянии 215 - 400 см. (дальняя фаза социальной дистанции).

Присутствие другого лица на этой дистанции не является мешающим фактором, как на более близких дистанциях, т.е. человек может продолжать работать, несмотря на присутствие другого человека. Общение при этом не затруднено. При проектировании сдвоенных рабочих мест опускается размещение работников на расстоянии 120 - 215 см, что соответствует близкой фазе социальной дистанции.

Системные блоки устанавливаются на рабочем месте с учётом лёгкой досягаемости к накопителям на гибких магнитных дисках и удобного доступа к разъёмам и органам управления на тыльной стороне. Часто используемые дискеты должны храниться вблизи системного блока в пыле - и электромагнитозащищённой ячейке. Принтер, как правило, размещают справа от пользователя. Печатаемый текст должен быть виден оператору при нахождении его в основной рабочей позе. Вблизи от принтера в специальных отсеках хранится чистая бумага и другие необходимые принадлежности.

Соединительные кабели прокладываются в специальных каналах. Устройство каналов должно быть таким, чтобы соединительные разъёмы не препятствовали извлечению кабелей.

Для манипулятора типа «мышь» справа от пользователя на столешнице должна быть предусмотрена свободная площадка, которая по форме и размеру должна быть идентична поверхности экрана.

6.5. Пожарная безопасность.

Для большинства помещений, оборудованных ВТ, установлена категория пожарной опасности В [4] - (горючие и негорючие жидкости, твердые горючие и негорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или образуются, не относятся к категориям А или Б). Учитывая высокую стоимость электронного оборудования, а также категорию пожарной опасности помещений, в которых оно размещается, здания для помещения, оборудованных ВТ, должны быть I степени огнестойкости по СНиП [4].

В производственном помещении необходимо соблюдать следующие правила безопасности:

- проходы, выходы из помещения, доступы к средствам пожаротушения должны быть все время свободны;

- оборудование, находящееся в эксплуатации, должно быть исправно и проверяться каждый раз перед началом работы;

- по окончании работ осмотреть помещение, обесточить электросеть, закрыть помещение.

Число эвакуационных выходов из зданий с каждого этажа и из помещений должно быть не менее двух. Ширину эвакуационного выхода (двери) устанавливают не менее 0.8 м. Устройство винтовых лестниц, раздвижных и подъемных дверей, вращающихся дверей и турникетов на путях эвакуации недопустимо. Также не допускается размещать на лестничных клетках какие-либо помещения, прокладывать технологические коммуникации, устраивать выходы подъемников и грузовых лифтов [6]. На эвакуационных путях устраивают как естественное, так и искусственное аварийное освещение.

Пожарные краны устанавливают в коридорах, на площадках лестничных клеток, у входов, т.е. в доступных, заметных местах. Ручные углекислотные огнетушители устанавливают в помещениях, оборудованных ВТ, из расчета один огнетушитель на 40-50 кв. м площади, но не менее двух в помещении.

Для обнаружения начальной стадии загорания и оповещения службы пожарной охраны используют системы автоматической пожарной сигнализации (АПС). Они могут самостоятельно приводить в действие установки пожаротушения, пока пожар не достиг больших размеров.

Объекты ВЦ кроме АПС необходимо оборудовать установками стационарного автопожаротушения. Целесообразно применять установки газового тушения пожаров, действие которых основано на быстром заполнении помещения огнетушащим газовым веществом, в результате чего снижается содержание кислорода в воздухе.

6.6. Чрезвычайные ситуации.

К чрезвычайным ситуациям, которые могут произойти можно отнести пожар и короткое замыкание.

В соответствии с ГОСТ [6] пожарная безопасность должна обеспечиваться системой предотвращения пожара и организационно - техническими мероприятиями. Противопожарная защита достигается применением средств пожаротушения, установок пожарной сигнализации, применением средств коллективной и индивидуальной защиты.

В случае возникновения короткого замыкания необходимо как можно быстрее отключить ЭВМ от сети.

При возникновении пожара необходимо:

- сообщить в пожарную охрану по телефону 01 и оператору либо секретарю;

- обесточить электрооборудование;

- приступить к тушению пожара первичными средствами пожаротушения;

- организовать эвакуацию персонала из опасной зоны;

- организовать встречу пожарной команды и предоставить ей полную информацию о сложившейся обстановке.

6.7. Выводы.

Помещение в котором проходят работы соответствует нормам безопасности жизнедеятельности и санитарным правилам и нормам. На основании перечисленных выше санитарно - гигиенических и эргономических требований к условиям труда операторов можно сделать следующий вывод: работа за персональным компьютером более 4-х часов нежелательна, иначе возможно ухудшение состояния здоровья.

Таким образом, становится очевидным, что грамотная организация рабочего места и соблюдение инструкций и правил внутреннего распорядка предприятия позволит рабочему персоналу с максимальной эффективностью решать поставленные перед ним задачи.

Библиографический список.

1. ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

2. ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования безопасности.

3. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

4. СниП II-4-79 Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение. М.: Стройиздат, 1980. Ч.П. гл. 4. 57 с.

5. ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие требования.

6. ГОСТ 12.2.004-85 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

7. ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

8. Заключение

В настоящей работе изучены основные проблемы обеспечения доступа в сеть Интернет посредством кабельных модемов. Кабельные модемы располагаются между кабельной сетью и компьютером, выполняя функции различных устройств: модема, шифратора-дешифратора информации, моста, маршрутизатора, сетевого адаптера, SNMP-агента и даже концентратора Ethernet.

В работе изучены следующие вопросы: анализ существующих на данный момент разработок в этой области; изучение архитектуры устройств, предназначенных для оказания подобного рода услуг, и называемых «Кабельные модемы»; изучение стандартов этих устройств; анализ характеристики модемов некоторых производителей; анализ компонентов, необходимых для создания сети на базе этой технологии; выделение преимуществ и недостатков этой технологии, а также методов продвижения исследуемой технологии на российский рынок.

В результате была спроектирована локальная компьютерная сеть с доступом в Internet на основе существующих сетей кабельного телевидения.

Данная модель сети уже реализована в микрорайоне Заречный города Екатеринбурга и явилась первой в России сетью такого рода доведенной до коммерческой эксплуатации.

Рассмотренная технология несёт в себе поистине грандиозные перспективы по развитию сети Internet, и интеграции этой сети в дома российских граждан.

9. Библиографический список

1. http://www.3com.ru/

2. http://www.rednet.ru/

3. http://www.catv.org/

4. http://www.cabledatacomnews.com/

5. http://www.citforum.ru/

6. E. Gillett, Connecting Homes to the Internet: An Engineering Cost Model of Cable vs. ISDN, MIT лаборотория для компьютерного научно технического доклада 654, Июнь 1995

7. IEEE 802.14 Working Group

8. Digital Audio-Visual Council (DAVIC)

9. Журнал “Сети” № 8, 9/1998

10. Журнал сетевых решений «LAN» № 06/2000(Статья «Стандартизация кабельных модемов»)

11. Журнал сетевых решений «LAN» № 05/2000(Статья «Кабельные модемы»)

12. ADSL (Computer Communications) - Walter J. Goralski. Изд. McGraw Hill Text (Март 1998). 352 с.

13. High-Speed Cable Modems: Including IEEE 802.14 Standards - / Albert A. Azzam. Изд. McGraw Hill Text (июнь 1997). 570 с.

14. Voice over Data Networks / Gilbert Held. Изд. Computing McGraw-Hill (Июнь 1998). 300 с.

15. Residential Broadband / George Abe.Изд. MacMillan Techincal Pub (Октябрь 1997). 500 с.

16. Broadband Return Systems for Hybrid Fiber/Coax Cable TV Systems / Donald Raskin, Dean Stoneback.Изд. Prentice Hall (Декабрь 1997). 400 с.

Приложение 1

Приложение 2

10. Перспективы и проблемы применения КТВ для доступа в Internet

10.1 Преимущества кабельных модемов [4]

Популярность интерактивных услуг глобальных сетей возросла необычайно. В 1994 г. Internet использовали 30
млн. людей, к концу 1995 г. их стало уже 100 млн., а к 1998 г. количество пользователей глобальных сетей увеличилось до 300 млн. Для обеспечения всем этим пользователям полноценного доступа к Internet потребуются высокоскоростные средства передачи цифровых сигналов. Именно таким средством и является кабельный модем, поэтому эта технология имеет прекрасные перспективы, ведь ее можно использовать для высокоскоростного доступа к Internet из дома, школы или офиса.
Использование кабельных модемов имеет следующие преимущества:
скорость,
гибкость,
масштабируемость,
различные варианты архитектур,

поддержку различных протоколов.

Кратко рассмотрим перечисленные преимущества кабельных модемов.
Скорость Интерактивный доступ с помощью кабельных модемов даст возможность пользователям персональных компьютеров загружать информацию из Internet в тысячи раз быстрее, чем при использовании самых современных телефонных модемов. В течение 1-2 с пользователь сможет загрузить данные, которые по телефонной линии сегодня грузятся 20 мин. Кабельный модем ускоряет передачу информации с 28,8 Кбит/с (обычный модем) до 10 Мбит/с. Компании, выпускающие кабельные модемы, сейчас разрабатывают
устройства, которые будут передавать информацию со скоростью 30 Мбит/с. Это в 1000 раз быстрее, чем скорость передачи обычного телефонного модема. Для сравнения скоростей различных типов линий связи
приведем следующую таблицу.

Таблица 10.1 Сравнение скоростей различных типов линий связи

10.4 Кабельные модемы в России [5, 9]

Начало октября 1997 г. ознаменовалось официальным приходом в Россию одной из новейших технологий широкополосной передачи данных, которая обеспечивает транспортировку информации по сетям кабельного
телевидения (КТВ) со скоростью до 40 Мбит/с. 1 октября компания Bay Networks подписала дистрибьюторский контракт с фирмой Step Logic, в соответствии с которым последняя займется распространением на территории СНГ кабельных модемов LANcity и соответствующего коммутационного оборудования производства Bay.
Следует отметить, что Минское производственное объединение «Горизонт»
уже несколько лет предлагает на рынке СНГ кабельные модемы своего
производства. Однако на самом деле речь идет не о кабельных модемах, предназначенных для передачи телеметрической информации в сетях КТВ на скоростях в несколько десятков кбит/с (к этой категории относятся устройства ПО «Горизонт»), а также не о громоздких, правда скоростных, кабельных модемах почти штучного производства, которые действительно около 10 лет применялись для решения ряда специфических задач в западных сетях КТВ и были довольно дорогостоящими (например, в начале 90-х гг. первая модель кабельного модема фирмы LANcity, тогда еще самостоятельной компании, стоила 15 тыс. долл.).
Теперь до России добрались устройства, которые появились на свет в 1995 г. - на гребне волны неимоверной популярности Internet. Благодаря использованию сигнальных процессоров (DSP) кабельные модемы нового
поколения стали меньше по габаритам, надежнее в работе и, что самое главное, значительно дешевле своих предков. Производители этих устройств стремились выполнить требование американских операторов КТВ
(недвусмысленно выраженное в ноябре 1995 г.), снизив оптовую цену приблизительно с 1 тыс. долл. в 1995 г. до 550-700 дол. в 1996 г. К январю 1998 года только Bay Networks (купившая к тому времени LANcity -
одного из ведущих производителей этих устройств) смогла полностью удовлетворить требование операторов, доведя стоимость модема LANcity Personal (LCP) до 495 дол. При закупке крупных партий этих устройств
(обычно измеряемых десятками и даже сотнями тысяч штук) они обходились еще дешевле - в 395 дол.
Bay Networks, опережает своего единственного конкурента, подразделение Multimedia Group компании Motorola (по практически единодушному мнению наблюдателей, сейчас среди производителей кабельных модемов есть два неоспоримых лидера - Bay Networks и Motorola MG), и по количеству продаж.
Соперник Bay предпочитает оперировать цифрами заказов: такой-то оператор заказал 50 тыс. кабельных модемов, такой-то - 250 тыс., а все вместе - целый миллион. Bay (а прежде - и LANcity) говорит о количестве
уже проданных кабельных модемов: май 1996 г. - 20 тыс., март 1997 г. - 50 тыс., октябрь 1997 г. - 100 тыс.
Итак, нет ничего удивительного в том, что первым производителем кабельных модемов, вышедшим на российский рынок, стала компания Bay Networks. Удивительно лишь, что она не сделала такого шага раньше.
Майк Хэммонд, руководитель российского представительства Bay, признался на состоявшейся в октябре пресс-конференции, что вина за это полностью лежит на нем. В течение всего прошлого года он отвечал категорическим отказом на предложения европейской штаб-квартиры компании начать продвижение кабельных модемов в России, считая, что в нашей стране отсутствуют не только спрос на эту продукцию, но и какие бы то ни было условия для ее применения.
Изменить свою точку зрения его заставили выставки «Netcom '96» и «Comtec '97». По словам Майка Хэммонда, очень многие посетители интересовались кабельными модемами и даже выказывали желание их купить.
Нет ни каких сомнений в большом будущем сетей КТВ. Они способны обеспечить не только трансляцию телевизионных программ, но и распространение ПО, доступ в Internet, работу надомных сотрудников в
корпоративных сетях, построение виртуальных сетей, высокоскоростной доступ к интерактивным и коллективным компьютерным играм, библиотекам CD-ROM, предоставление услуг дистанционного обучения и тренинга, электронного магазина и банка. Сети КТВ позволяют осуществить и многое другое - то, что в настоящее время недоступно для большинства владельцев компьютеров в силу черепашьей скорости
коммутируемых каналов или неприличной дороговизны выделенных и ISDN-каналов.

Только с идеей бесплатного приложения вряд ли можно согласиться. Наибольший выигрыш от применения кабельных модемов достигается в сетях КТВ «с двусторонним движением», т. е. обеспечивающих не только прием, но и передачу информации.
По разным источникам, стоимость перехода на «двустороннее движение» составляет от 2 до 30 тыс. дол. На милю. Дело не ограничивается просто заменой усилителей - это не очень дорогое мероприятие. По данным американских источников, их замена в больших сетях (несколько тысяч абонентов) обходится в 100 дол. на подписчика. А вот, сколько стоит коммутационное оборудование для региональных центров и студий КТВ? Но самой главной проблемой остается «последняя коаксиальная миля».
Качество оконечной кабельной разводки, особенно ее воздушной части, не выдерживает никакой критики. Она просто не в состоянии обеспечить необходимое соотношение полезного сигнала к шумам в диапазоне 5-30 МГц, предназначенном для организации обратного канала (от абонента к головной станции) и сильно загруженном промышленными и другими электромагнитными помехами.
Препятствий на пути модернизации сетей КТВ предостаточно. Поэтому следует прислушаться к мнению
большинства участников конференции Национальной ассоциации КТВ США: превращение сетей КТВ в высокоскоростные сети передачи данных - это бизнес для серьезных и крепких в финансовом отношении компаний.