Сети NGN

Содержание

 

Введение

1. Архитектура существующих  систем NGN и обоснованность их построения

1.1 Принципы построения  традиционных телефонных сетей

1.2 Недостатки TDM сетей и предпосылки перехода к NGN

1.3 Общие принципы построения  сетей NGN

1.4 Трехуровневая модель NGN

2. Функциональная структура  NGN

2.1 Классификация оборудования

2.2 Построение транспортных  пакетных сетей

2.3 Протоколы сетей  NGN

3. Технология SIGTRAN

3.1 Описание технологии

3.2 Архитектура SIGTRAN

3.3 Алгоритм взаимодействия  NGN и ТфОП сетей при использовании SIGTRAN

3.4 Вызов со стороны  SIP

3.5 Вызов со стороны  SIGTRAN

4. Применение серверов  приложений в сетях NGN

5. Механизмы обеспечения  качества обслуживания в пакетных  сетях

6. Охрана труда и  техника безопасности

7. Экономическая эффективность

8. Деталь проекта. Учебный  материал.

Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Развитие телекоммуникационных сетей  определяется тремя факторами: ростом трафика, потребностью общества в новых  услугах и достижениями в области технологий. Разумеется, эти факторы не являются независимыми, однако каждый из них определяет идеологию развития электросвязи. Так, конкуренция среди поставщиков оборудования и технологические достижения привели к снижению стоимости оборудования, а это, в свою очередь, стимулировало рост трафика и разработку новых услуг.

Трафик фиксированных сетей  растет с высокой и постоянной скоростью с начала 1980-х годов. Так, мировой трафик Интернет рос  в мире в последние годы на 60-80% ежегодно, а число абонентов широкополосных сетей увеличивалось со средней скоростью 60%. Стабильно, темпом 42-43% в год, развивается за последние четыре года и телекоммуникационная отрасль Российской Федерации. Страна вышла в лидеры по темпам развития мобильной связи. В 2003 г. число абонентов сотовых сетей увеличилось в 2 раза и достигло 36,4 млн. человек. Еще быстрее (180% в год) рос трафик Интернет. Объем рынка Интернет-услуг вырос на четверть и достиг 220 млн. долл., а число пользователей Интернет увеличилось до 14 млн. человек.

Потребности общества в новых услугах, рост трафика приводят к изменению идеологии построения сетей примерно каждые 10 лет. Так, в 1980-х годах появились оптические технологии; аналоговые беспроводные сети; широко распространились сети на основе стандарта Х.25. В 1990-х годах активно развивались оптические технологии, основанные на мультиплексировании с разделением и уплотнением по длине волны; разрабатывались и внедрялись мобильные сети 2-го поколения; началось использование Интернет в коммерческих приложениях.

Сегодня мы говорим о сетях следующего поколения (Next Generation Network, NGN). NGN определена как «концепция построения сетей  связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с  гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, предполагающая реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи».

Основным принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовами и функций управления услугами.

Функциональная модель сетей NGN в  общем виде может быть представлена тремя уровнями - транспортным, управления коммутацией и передачей информации, управления услугами.

К основным задачам транспортного  уровня относится прозрачная передача информационных потоков, а также  поддержка взаимодействия с существующими  сетями связи.

На уровне управления коммутацией  и передачей осуществляется обработка информации сигнализации и управления вызовами.

Уровень управления услугами обеспечивает управление логикой услуг и приложений.

Такое функциональное разделение позволяет  унифицировать задачи управления вызовами, отделив их от особенностей применяемых технологий передачи и коммутации. В результате становится возможным использовать одну и ту же логику услуги вне зависимости от типа транспортной сети (IP, ATM и т.д.), а также способа доступа.

Сеть NGN - это единая транспортная инфраструктура на базе протокола IP, поддерживающая полную или частичную интеграцию услуг передачи речи, данных и мультимедиа. Ее основу составляет универсальная транспортная среда с распределенной коммутацией пакетов. Кроме традиционных сетевых узлов (мультиплексоров, коммутаторов и маршрутизаторов) в состав такой сети могут входить контроллеры сигнализации и шлюзовое оборудование различного назначения. Доступ к услугам NGN, предоставляемым с помощью специализированных серверов, осуществляется через оконечные и оконечно-транзитные узлы, выполняющие функции узлов служб.

Экономическая эффективность инвестиций должна быть обеспечена за счет широкого использования услуг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ NGN И ОБОСНОВАННОСТЬ ИХ ПОСТРОЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Принципы построения традиционных телефонных сетей

 

Сети с коммутацией каналов  имеют более богатую историю, они произошли от первых телефонных сетей. Сети с коммутацией пакетов  сравнительно молоды, они появились  в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми глобальными компьютерными сетями. Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, но по долгосрочным прогнозам многих специалистов, будущее принадлежит технологии коммутации пакетов, как более гибкой и универсальной.

При коммутации каналов коммутационная сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных  коммутаторами промежуточных канальных  участков. Условием того, что несколько  физических каналов при последовательном соединении образуют единый физический канал, является равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих физических каналов. Равенство скоростей означает, что коммутаторы такой сети не должны буферизовать передаваемые данные.

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.

Можно выделить следующие достоинства  коммутации каналов:

• Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу. Это дает пользователю сети возможности на основе заранее произведенной оценки необходимой для качественной передачи данных пропускной способности установить в сети канал нужной скорости.
• Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть. Это позволяет качественно передавать данные, чувствительные к задержкам (называемые также трафиком реального времени) — голос, видео, различную технологическую информацию.

Наряду с достоинствами, сети с  коммутацией каналов имеют ряд  недостатков, которые в условиях современного рынка постепенно отодвигают их на задний план.

 

1.2. Недостатки TDM сетей и предпосылки перехода к NGN

 

Внедрению систем IP-сигнализации способствует целый ряд факторов. Это и архитектурные ограничения существующих сетей ОКС7, и необходимость операторов связи снижать эксплуатационные расходы, и конвергенция сетей передачи речи и данных, и ускорение процесса развертывания новых услуг связи.

Присущая IP-технологиям высокая  эффективность использования полосы пропускания позволяет операторам связи существенно экономить  средства. Каналы с временным мультиплексированием (TDM) в традиционных телефонных сетях  проектируются с учетом наиболее неблагоприятной ситуации — пиковой нагрузки. Протоколы ОКС7 требуют, чтобы в штатной ситуации загруженность TDM-каналов не превышала 40%. Это приводит к тому, что на практике их средняя загрузка составляет 20—30%. Значит, 70—80% канальных ресурсов постоянно простаивают. Технологии IP обеспечивают динамическое выделение полосы пропускания по требованию, при этом ее стоимость оказывается зачастую на 75% ниже стоимости полосы пропускания TDM-сети с коммутацией каналов.

Ограничения, накладываемые технологией TDM на полосу пропускания, негативно влияют и на работу других элементов сети: серверов приложений, регистров положения, блоков контроля услу. Даже если мощности указанных элементов вполне достаточно для обработки большего объема трафика, ограничения протоколов ОКС7 на TDM-каналы, которые соединяют эти элементы с остальной сетью, не дают им “разогнаться”. Поэтому для повышения производительности сети операторам приходится докупать дополнительные устройства, притом, что ресурсы имеющихся еще далеко не исчерпаны. Надо также иметь в виду следующее обстоятельство: добавление каждого нового элемента требует организации канала “точка—точка” и обновления маршрутных таблиц, а значит, дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат. Хорошее масштабирование полосы пропускания в IP-сетях позволяет запросто справляться с флуктуациями трафика, упростить архитектуру сети, а различным базам данных работать с максимально возможной производительностью.

В дополнение к той экономии, которая  обеспечивается за счет эффективного использования полосы пропускания и других ресурсов, IP-технологии позволяют операторам более экономично развивать сети. Они могут “виртуализировать” большое число серверов, которые будут “выглядеть” для сети ОКС7 как единый объект, работающий под управлением шлюза сигнализации. В случае необходимости добавить в сеть еще один сервер, достаточно будет всего лишь подключить его к ЛВС и, возможно, сделать соответствующие изменения в настройках шлюза сигнализации. Такая схема развития означает отсутствие каких-либо изменений (или их минимизацию) в остальной части сети, следовательно, опять-таки снижение расходов.

Как уже отмечалось, технологии IP гарантируют  хорошее масштабирование полосы пропускания, а это как нельзя лучше подходит для служб, генерирующих “взрывной” трафик, объем которого может сильно меняться во времени. К таким службам относится SMS (Short Message Service), используемая сегодня для самых разных приложений, таких, как электронная почта и получение информации с Web-серверов. Операторы мобильных сетей отмечают значительные всплески SMS-трафика в праздничные и выходные дни. Подготовить сеть к подобным всплескам в рамках классической архитектуры ОКС7 сложно и дорого ввиду статического выделения полосы пропускания в TDM-сетях. Эффективным решением проблемы является перевод SMS-трафика из сетей ОКС7 в сети с сигнализацией на базе IP.

IP-сигнализации открывают широкие  возможности для оперативного  внедрения новых услуг. Технологии IP сильны своим “интеллектуальным  потенциалом”: многие специалисты  хорошо разбираются в этих технологиях и способны создавать программное обеспечение для поддержки новых услуг. IP-сети, основанные на распределенной модели, по своей природе являются открытыми системами, готовыми к развертыванию приложений, разрабатываемых третьими фирмами.

Можно привести следующую статистику:

• экономия на капитальных затратах до 70%;
• экономия на организации каналов доступа 60-80%;
• экономия на текущем обслуживании и ремонте сети до 50%;

 

1.3. Общие принципы построения сетей NGN

 

Для сетей NGN можно выделить пять характерных особенностей:

• использование в транспортной сети пакетных технологий для передачи всех видов информации;
• применение систем коммутации с распределенной архитектурой, которые отличаются от традиционных (функционально ориентированных) телефонных станций;
• отделение функций, касающихся поддержки услуг, от коммутации и передачи;
• обеспечение возможности широкополосного доступа для любого пользователя;
• реализация функций эксплуатационного управления (в том числе делегированных пользователям) за счет Web технологии.

Примечательно, что для оборудования распределения информации не сделан такой же категоричный вывод об использовании  пакетных технологий, как для транспортной сети. Некоторые специалисты не исключают  возможность появления некой новой технологии распределения информации. Возможно, что она будет более всего похожа на технологию «коммутация каналов».

Стандартизацией NGN занимаются несколько  международных организаций. Определенный вклад вносят МСЭ и ETSI (Европейский  институт телекоммуникационных стандартов). Активно разрабатывает свои стандарты Международный консорциум пакетной связи - IPCC.

Ниже представлена архитектура NGN, предложенная МСЭ в рекомендации Y.1001.

Медиа-шлюз выполняет достаточно простые  функции преобразования информационных потоков. Слева от медиа-шлюза показан RTP-поток, который формируется при использовании транспортного протокола реального времени (Real-Time Transport Protocol), а справа - поток, образованный системой передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Медиа-шлюз выполняет достаточно простые процедуры, но в крупной сети он должен обладать большой производительностью.

Медиа-шлюз управляется соответствующим  контроллером - MGC (Softswitch). Контроллеры  могут быть связаны между собой, что показано на рис.1 пунктирной линией с надписью MGC/MGC. Контроллер взаимодействует также с интеллектуальной базой данных (Intelligent Database ID).

 

Архитектура NGN (по рек. Y.1001)

 

 

Рис. 1.3.1

 

Над контроллером MGC показан шлюз сигнализации (SG). В сторону ТфОП (или сотовой сети) шлюз сигнализации передает и принимает информацию по сети общих каналов сигнализации (ОКС). В российской сети ОКС применяется подсистема пользователя ЦСИО - ISUP. Взаимодействие с контроллером MGC осуществляется через интерфейс, обозначенный как SG/MGC. Для связи с интеллектуальной базой данных определен интерфейс ID/SG. Для поддержки услуг ИС используется прикладной протокол интеллектуальной сети - INAP.

На рис.2 приведена уровневая архитектура, предложенная компанией Lucent Technologies для объяснения концепции NGN. Эта архитектура отличается от аналогичных моделей, используемых в сетях телефонной связи и обмена данными.

Уровень услуг выделяется в самостоятельный  элемент архитектуры сети. Он занимает верхнюю плоскость в рассматриваемой модели. В какой-то мере, выделение самостоятельного уровня услуг подобно решению, которое предложено в концепции интеллектуальной сети (ИС).

Уровень управления располагается  на второй плоскости. В модели NGN этот уровень включает совокупность функций по управлению всеми процессами в телекоммуникационной системе, а также начисление платы за услуги связи и техническую эксплуатацию. Для реализации функций, которые выполняет этот уровень, производители телекоммуникационного оборудования разработали аппаратно-программные средства, именуемые Softswitch.