INFOTEH-JAHORINA Vol. 13, March 2014.

 - 491 -

Predlog rešenja MPLS mreže u integrisanom sistemu telekomunikacija "Železnice Srbije" ad

Damir Zaborski, Dragan Ranković Direkcija za infrastrukturu

"Železnice Srbije" ad Beograd, Srbija

damir.zaborski@srbrail.rs; dragan.rankovic@srbrail.rs

Zoran Ž. Avramović Saobraćajni fakultet

Beograd, Srbija zoran.avramovic@sf.bg.ac.rs

Sadržaj - U okviru projekta modernizacije i unapređenja telekomu-nikacionog sistema, "Železnice Srbije" ad planiraju izgradnju inte-grisanog sistema telekomunikacija (IST). Ovaj sistem treba da omogući integraciju i prenos servisa govora, podatka, videa, mul-timedije i servisa za upravljanje železničkim saobraćajem. IST treba izgraditi na principima mreža novih generacija koji omogućavaju integraciju svih postojećih tehnologija u prenosu podataka. Jedno savremeno rešenje za izgradnju Backbone mreže je mreža bazirana na MPLS (Multi Protocol Label Switching) protokolu, koje je ptikazano u radu.

Ključne reči - železnica; MPLS mreža; integrisani sistem tele-komunikacija

I. UVOD Kako bi se povećala efikasnost poslovanja "Železnice Srbije" ad u savremenim uslovima, neophodno je korišćenje savremenih informaciono-komunikacionih tehnologija, koje obezbeđuju pristup i razmenu poslovnih informacija sa bilo kog mesta u bilo kom trenutku. Osnovu za funkcionisanje ovog sistema pruža integrisani telekomunikacioni sistem, koji bi povezao sve lokacije poslovnog sistema železnice i pružio im sve neophodne servise i aplikacije.

IST "Železnice Srbije" ad treba da bude sistem koji nudi: govorne servise, servise prenosa podataka, servise za prenos multimedije i servise upravljanja železničkim saobraćajem.

Zadatak ovog sistema je da obezbedi sve pomenute servise, da po potrebi omogući prelaze između servisa i da u što većoj meri omogući korišćenje zajedničkih resursa.

Na osnovu iskazanih potreba definisana je organizacija železničke telekomunikacione mreže. ITS bi trebalo da se izgradi na principima mreža za prenos novih generacija NGN (Next Generation Networks), koji omogućavaju integraciju svih postojećih tehnologija u prenosu podataka.

Mreža nove generacije mora imati kompletnu podršku za prenos podatka, glasa i multimedije (3-Play) uz mogućnost proširenja svih servisa i na mobilne korisnike (4-Play). Takođe, mreža mora biti otvorena za prenos različitih protokola, uključujući i nadgledanje i upravljanje mrežom.

Mreže nove generacije, zapravo predstavljaju konvergentne mreže koje omogućavaju ne samo prenos podataka, nego i prenos govora, a u konačnoj fazi i prenos multimedije.

Danas je Backbone mreža NGN-a uglavnom bazirana na mreži za prenos podataka sa IP protokolom. Predloženo rešenje za izgradnju Backbone mreže "Železnice Srbije" ad je mreža bazirana na MPLS (Multi Protocol Label Switching) protokolu.

Kao što je poznato, MPLS je protokol za prenos podataka koji objedinjuje dobre osobine protokola sa virtuelnim kolom (obezbeđjenje kvaliteta servisa) i protokola sa datagram komutacijom (dinamičko rutiranje). Kao takav, MPLS predstavlja nadogradnju na već postojeće tehnologije kao što su ATM i IP. MPLS obezbeđuje njihovu jednostavnu integraciju u okviru mreže.

II. PREDLOG REŠENJA MPLS MREŽE "ŽELEZNICE SRBIJE" AD

2.1. Zahtevi IP/MPLS mreže

2.1.1. Zahtevi vezani za usluge Predloženo rešenje koje je zasnovano na MPLS VPN tehnologiji uvodi privatnu mrežu koja podržava fleksibilan razvoj servisa vezanu za prenos podataka, glasa i videa.

IP/MPLS mreža omogućava povezivanje između železničkih stanica odgovarajućeg nivoa i logičku izolaciju između sektora i usluga u okviru železnice. Ovakva mreža treba da bude u mogućnosti da klasifikuje i da da prioritet potrebnim servisima kako bi se garantovao kvalitet usluga od početka do kraja veze. Osim toga, ova mreža podržava nesmetan prelaz od IPv4 do IPv6. Na dalje, neki od servisa bi trebalo da budu realizovani putem IPv6.

2.1.2. Zahtevi vezani za širinu opsega

U nastavku su opisani zahtevi za kapacitetom veza različitih podsistema i korisnika "Železnice Srbije" ad:

− Krajnji korisnici: Prosečni kapacitet za svakog korisnika je 0.5 Mbps.

− Usluge prenosa govora: svakom analognom telefonu je po-trebno 0.064 Mb, za IP telefon ta vrednost se razlikuje u skladu sa razlikama u kodiranju, ali nije veća od 0.2 Mb za svaki telefonski terminal.

− Video nadzor: svakoj HD kameri sa 1080 piksela je neo-phodno 8 Mb, a svakoj sa 720 piksela 4 Mb; rezervisani op-seg je 8 Mb za svaku HD kameru.

 

 - 492 -

− Video konferencija sa HD prikazom: svakom prikazu je po-trebno 8 Mb, a za telepresence (virtuelnu prisutnost) je po-trebno 24 Mb.

− Vizuelno informacioni sistem (PIS): svakom terminalu je potrebno 1 Mb.

− Sistem ozvučenja (PA): svakom terminalu je potrebno 0.2 Mb.

− Sat: svakom satu je neophodno 0.2 Mb, ali je potreban dupli opseg za dvostrani sat.

− Bežični LAN (WLAN): pretpostavlja se da svaki Access Point (AP) podržava pristupnu mrežu i za deset terminala(po terminalu je potrebno 0.2 Mb), tako da je rezervisani opseg za svaki AP 2 Mb.

− Terminal za izdavanje karata: svakom terminalu je potrebno 0.3 Mb.

Broj kancelarijskog osoblja, terminalna oprema i vrsta usluge se veoma razlikuju od stanice do stanice. Prema vrsti usluga, broju terminala i opsega za svakog korisnika, izlazni opseg za svaku stanicu može se izračunati na osnovu sledeće formule:

Ukupni propusni opseg (Mb) = (Broj računara) x 0.5 + (Broj telefona) x 0.2 + (Broj WLAN APs) x 10 x 0.2 + (Broj običnih prikaza PIS) x 1 + (Broj visoko definisanih prikaza od PIS) x 8 + (Broj PA terminala) x 0.2 + (Broj IP kamera) x 8 + (Broj VC terminala) x 8 + (Broj jednostranih satova + 2 x dvostranih sato-va) x 0.2 + (Broj terminala za izdavanje karata) x 0.3.

Na osnovu gornje formule, zahtevani kapaciteti veza u bitnim stanicama proračunati na osnovu lokalnog saobraćaja i saobraćaja koji se agregira od bližih manjih stanica i prikazani su kao primer u tabeli 1 za deonicu Beograd Centar-Šid.

Tabela I. Zahtev za kapacitetima veza za deonicu Beograd Centar - Šid

Br. Stanica Mreža Propusni opseg

1. Šid IP network 380.0 Mb2. Ruma IP network 943.7 Mb3. Inđija IP network 565.1 Mb4. Batajnica IP network 578.8 Mb5. Beograd Centar IP network 2335.7 Mb

2.2. IP/MPLS plan podsistema

IP/MPLS mrežno rešenje je u skladu sa sledećim standardima i propisima): RFC 3031 (MPLS arhitektura), RFC 3032 (MPLS Label Stack Encoding), RFC 3036 (LDP specifikaci-ja), RFC 3037 (LDP primenljivost), RFC 3063 (MPLS Loop Prevention Mechanism), RFC 2547 (BGP/MPLS VPNs), RFC 2917 (A Core MPLS IP VPN Architecture), RFC 3107 (prenošenje informacije o oznaki u BGP4), RFC 2475 (Diff-Serv), RFC 2328 (OSPF Version 2), RFC 5340 (OSPF Ver-sion 3), RFC 2401 (IPSec Security Architecture), RFC 2409 (The Internet Key Exchange), RFC 4306 (The IKE2 protocol), RFC 2784 (GRE protocol). Pored ovih koriste se i drugi propi-si.

2.2.1. Funkcionisanje sistema

Na osnovu IP protokola i MPLS core-glavne mreže, IP/MPLS mreža omogućava "Železnice Srbije" ad 10 Mb / 100 Mb / 1000 Mb pristup za različite terminale koji pristupaju mreži. Mreža unapređena MPLS tehnologijom omogućava usluge direktnih privatnih veza i usluge međusobnog povezivanja.

Očekuje se da IP/MPLS mreža "Železnice Srbije" ad obezbe-diti sledeće usluge: prenos podataka, glasa i videa, Internet komunikaciju, L2&L3 VPN, multicast VPN, Inter-as VPN, podršku žičnom i bežičnom pristupu, međusobno povezivanje sa postojećom mrežom.

III. ARHITEKTURA SISTEMA 3.1. IP/MPLS arhitektura glavne mreže

Predložena IP/MPLS arhitektura core-glavne mreže je prika-zana na slici 1. Mreža je podeljena na tri logička sloja: MPLS sloj jezgra, MPLS ivični sloj i MPLS pristupni sloj. Na osnovu MPLS VPN tehnologije koja je omogućena u opremi za usme-ravanje i prosleđivanje, IP/MPLS može da ostvari virtuelnu privatnu mrežu, podržava nesmetan prelaz sa IPv4 na IPv6 i fleksibilan razvoj kojim bi se zadovoljile sadašnje i buduće potrebe "Železnice Srbije" ad.

Slika 1. IP/MPLS mrežna arhitektura

MPLS core-glavni sloj uključuje: sve centralne stanice (Beo-grad Ranžirna i Prokop), sve regionalne stanice (Ruma, Lapo-vo, Niš) i Nemanjinu.

MPLS ivični sloj uključuje sve podregionalne stanice sa DWDM uređajima (Šid, Inđija, Batajnica, Rakovica, Pančevački Most, Glavna stanica u Beogradu, Resnik, Mlade-novac, Velika Plana, Stalać, Aleksinac).

MPLS pristupni sloj uključuje sve ostale stanice.

3.1.1. MPLS glavni sloj

MPLS glavni sloj predstavlja okosnicu MPLS mreže sa LSR(Label Switch router), a više-servisni saobraćaj će se kon-vertovati u MPLS pakete i proslediti preko MPLS jezgra.

 

 - 493 -

MPLS glavni sloj biće u glavnim i regionalnim stanicama, uključujući Prokop, Beograd Ranžirna, Nemanjina, Niš, Ruma i Lapovo. Od ovih stanica, Prokop i Beograd Ranžirna su glavni centri za razne servise "Železnice Srbije" ad i omogućavaju sledeće funkcije: podržavaju rutiranje velikih brzina za glavni sloj, prosleđivanje saobraćajnih podataka ve-likim brzinama između nižih slojeva, Internet pristup za sve korisnike u mreži, pristup bazama podataka, aplikacijama i memorijskom prostoru za sve korisnike mreže i podršku udal-jenom VPN pristupu.

3.1.2. MPLS edge-ivični sloj

MPLS ivični sloj predstavlja ELSR (Edge LSR) visoko dos-tupne uređaje za komutaciju koji krajnje stanice direktno po-vezuju u MPLS L3 VPN. ELSR svičevi omogućavaju pristup VPN servisima i za obradu VPN-IPv4 ruta.

MPLS ivični sloj uključuje sve pod-regionalne stanice koje su povezane DWDM-om.

3.1.3. MPLS access-pristupni sloj

MPLS pristupni sloj predstavlja centralni stanični uređaj koji agregira korisnički saobraćaj unutar staničnog reona i koji prosleđuje saobraćaj ka ivičnom ili glavnom sloju. MPLS pris-tupni sloj ne mora da podržava MPLS funkciju i nema veze sa postojanjem VPN-a, ali treba da omogući pristup mapiranju tako da bi razni sektori i usluge u pristupnom sloju biti pre-poznati u različitim MPLS VPN-ovima u ivičnom sloju.

MPLS pristupni sloj omogućava rešenje preko klasifikacije svakog servisa putem VLAN-a kao jedan vid VPN mapiranja. Načelni plan je da sve lokacije u raznim stanicama koje su u celini deo jednog sektora budu deo istog VPN-a tako da mogu da komuniciraju i razmene podatke bez ograničenja. Raznim sektorima u različitim stanicama biće dodeljeni različiti VPN-ovi tako da oni ne mogu da komuniciraju direktno, ukoliko se ne zahteva drugačije.

3.1.4. Usluge za zahtevanim kapacitetom i planiranim interfej-sima

IP/MPLS mreža omogućava sve veze za celokupne buduće potrebe IST i druge servise, uključujući IP PBX, video nadzor, video konferenciju, sistem ozvučenja(PA), vizuelno informa-cioni sistem(PIS), satni sistem, itd. Svaki od sistema će se povezati preko izgrađene nove LAN infrastrukture.

Veza između glavnog i ivičnog sloja realizovana je preko GE/10GE optičkih portova, a kapacitet je određen ukupnim saobraćajem koji se može izračunati na osnovu formule iz tačke 2.1.2.

IV. DIZAJN WAN MREŽE Predloženo je da se uspostavi nova IP WAN mreža u toku tranzicije na celokupnu IP (All IP) mrežu. Načela prilikom konstrukcije mreže su sledeća:

− Slojevita mrežna struktura podeljena na tri sloja: glavni sloj, ivični sloj i pristupni sloj. Svaki stanični centralni uređaj od-govoran je da agregira celokupni lokalni IP saobraćaj.

− Dizajn WAN mreže sproveden je na osnovu glavnog projek-ta optičke infrastrukture "Železnice Srbije" ad.

− Koristiti će se uređaji velikog kapaciteta kako bi se smanjio broj čvorova, kao i broj fizičkih i logičkih kaskadnih veza i kako bi se obezbedila velika pokrivenost teritorije.

− Podržana je redudansa ključnih čvorova i veza, regionalnih čvorova i podregionalnih čvorova. Ključni čvorovi biće dvo-struko vezani ili višestruko vezani na više drugih čvorova.

− Na pristupnom nivou primeniće se ethernet mrežna tehnolo-gija. Dvostruka veza biće primenjena u stanicama, s obzirom da imaju redundantnu vezu ka višem sloju kako bi se poboljšala pouzdanost. Zaštita prstena biće definisana izra-dom projektne dokumentacije kompletnog IST.

− Mrežna topologija biće u skladu sa saobraćajnim zahtevima. 4.1. Plan glavne mreže – okosnice WAN

Predlaže se 10Gb optička veza za povezivanje glavnih i regio-nalnih čvorova kako bi se obezbedila velika pouzdanost i mogućnost proširenja. Ove veze u kičmi mreže treba da su redundantne. Bilo koji prekid veze neće imati uticaj na servise unutar mreže "Železnice Srbije" ad i mreža će automatski po-krenuti rezervnu konekciju. Na slici 2 prikazan je dizajn okos-nice WAN mreže.

Slika 2. WAN mrežno rešenje okosnice sistema

Prema slici 2, svaka glavna i regionalna stanica koristi 10G optičke interfejse preko DWDM prenosne mreže kako bi se obezbedilo fizičko povezivanje, kao što je gore prikazano. Svaki od čvorova se može u potpunosti nadograditi u budućnosti u slučaju potreba za većim kapacitetima.

Mreža "Železnice Srbije" ad podeljena je na nekoliko deonica u skladu sa matricom saobraćaja i topologijom kičme WAN rešenja. Svaka deonica Železnice Srbije predstavlja jedan reon buduće IP/MPLS mreže. Na osnovu toga, mreža "Železnice Srbije" ad u prvoj fazi izgradnje je podeljena na 4 deonice (sekcije): Batajnica - Šid, Beogradski Čvor, Resnik - Lapovo i Lapovo - Niš.

Sav saobraćaj sa ostalih deonica će biti koncentrisan na glav-nim lokacijama Prokop i Beograd Ranžirna. Predviđene veze od 10G za svaku deonicu su potrebne za buduće potrebe

 

 - 494 -

"Železnice Srbije" ad. Glavni čvorovi dozvoljavaju proširenja za veće kapacitete ukoliko je to neophodno.

4.2. WAN plan za deonicu Beograd(Batajnica)-Šida

Sve podregionalne stanice, krajnje stanice i stajališta će biti višestruko povezane direktno ili na regionalne i glavne čvorove.

Na slici 3 prikazano je WAN rešenje za deonicu Beograd (Batajnica)- Šid.

Slika 3. WAN dizajn za deonicu Beograd-Šid

V. DIZAJN LAN MREŽE Za svaku stanicu biće predviđeno nezavisno LAN rešenje. Svaki čvor je podesiv i može da se proširi kako bi se zadovol-jile sve eventualne potrebe. U budućnosti se mogu implemen-tirati sledeće pristupne tehnologije u LAN rešenje svake sta-nice: svičevana mreža (sa FE/GE pristupnim portovima), xDSL ili xDSL bridge konekcija, bežična konekcija (uključujući bežične pristupne uređaje i bežične LAN kontro-lere) i slično.

Budući dizajn LAN okruženja biće zasnovan na sledećim kri-terijumima:

− Glavne i regionalne stanice sa LSR/ELSR uređajem tipa 1 (Prokop, Beograd Ranžirna, Nemanjina) – za ove tri stanice biće neophodni novi centralni svičevi. Dva glavna sviča u okviru svake stanice biće obavezna, s obzirom da će sve sadašnje i buduće aplikacije biti povezane preko iste LAN mreže.

− Regionalne stanice sa LSR/ELSR uređajem tipa 1 (Niš) – u zavisnosti od detaljnih zahteva, budućih usluga i aplikacija koje će opsluživati čvor Niš, na ovoj lokaciji će se verovatno primeniti scenario gde će LSR/ELSR uređaj tipa 1 služiti kao glavni svič i koncentrator pristupnih svičeva.

− Ukoliko je nekoj stanici potrebna xDSL veza sa određenom lokacijom unutar staničnog reona, svaki komutator može da posluži kao DHCP server, kako bi dodelio odgovarajuću IP adresu ruterima na udaljenoj lokaciji.

− Ukoliko bude neophodno, koristiće se WLAN tehnologija definisana IEEE 802.11 standardom, koja je široko raspro-stranjena u mrežama, a naročito u slučajevima gde nije po-godna izgradnja žične mreže zbog konfiguracije terena. U poređenju sa ostalim tehnologijama bežičnog pristupa, WLAN omogućava veće kapacitete uz niže troškove i na taj

način zadovoljava potrebe korisnika za bežičnim širokopojasnim uslugama velikih brzina.

− Predlaže se da se WLAN upotrebiti za sledeće usluge: bežična pokrivanje u okviru stanice gde bi zaposleni imali pristup lokalnoj mreži, bežična pokrivanje u okviru čekaonica/holova za prodaju karata ili na peronu gde bi put-nici imali direktan pristup internetu, bežična veza tačka-do-tačke za dva udaljena objekta gde ne postoji fizička kablovs-ka infrastruktura koja ih povezuje.

VI. POVEZIVANJE SA POSTOJEĆOM MREŽOM Nova IP/MPLS mreža podržava komunikaciju sa postojećom mrežom, a integracija će se obaviti na sledećim lokacijama: Inđija, Beograd, Rakovica, Resnik, Velika Plana i Niš (prika-zano na slici 4).

Povezivanje postojeće i nove mreže biće omogućeno preko OSPF protokola.

Slika 4. Povezivanje sa postojećom mrežom

ZAKLJUČAK Izgradnjom optičke infrastrukture za potrebe integtisanog sistema telekomunikacija "Železnice Srbije" ad stećiće se uslovi da "Železnice Srbije" ad otpočnu digitalizaciju svoje računarsko- telekomunikacione mreže. Neminovno je da ovaj proces teče postepeno pa će u početnoj fazi egzistirati obe mreže (postojeća i nova mreža). Evidentno je da će mreža nove generacije "Železnice Srbije" ad (NGN) biti građena na MPLS platformi i obezbeđivaće kompletnu podršku za prenos govora, podataka i multimedije. Predloženo rešenje IP MPLS mreže omogućiće integraciju svih pomenutih servisa neophodnih za funkcionisanje "Železnice Srbije" ad, kako u prelaznom periodu (veza između postojeće i nove mreže), tako i u konačnoj implementaciji novog IST na celoj teritoriji "Železnice Srbije" ad.

LITERATURA [1] SI CIP; Generalni projekat integrisanog telekomunikacionog sistema

Železnice Srbije, Beograd 2007. [2] D. Zaborski; Magistarski rad, Savremeno rešenje računarsko-

telekomunikacione mreže Železnica Srbije sa proračunom kapaciteta mreže za prenos govora i podataka, Beograd 2005.

[3] P.S. Telefonija a.d.; Idejno rešenje za core deo mreže Železnice Srbije, Beograd 2009.

[4] Huawei, Tehnička ponuda, Beograd 2013.

 

 - 495 -

ABSTRACT Within the project of modernization and upgrading of tele-communication system, Serbian Railways (SR) plan to build an integrated telecommunications system (IST). This system should allow the integration and transmission services for voice, data, video, multimedia and services for the manage-ment of rail traffic. IST should be built on the principles of transmission of the next generation networks that allow the integration of existing technologies in data transmission. A modern solution of a backbone network is a network based on MPLS (Multi Protocol Label Switching) protocol which is shown in the paper.

PROPOSED SOLUTION OF MPLS NETWORK FOR THE INTEGRATED TELECOMMUNICATIONS

SYSTEM OF "SERBIAN RAILWAYS" JSC

Damir Zaborski Zoran Ž. Avramović

Dragan Ranković