Развитие телекоммуникационных сетей

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.

 

1.1. 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.

 

1.3. 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.

Уровневая архитектура NGN

 

 

 

Рис. 1.3.2

 

Уровень среды  обмена информацией находится на третьей плоскости. Функции, выполняемые  этим уровнем, включают процедуры установления соединений между пользователями сети и межсетевое взаимодействие. Типичным примером оборудования, которое реализует  эти функции в сети NGN, служат аппаратно-программные  средства Media Gateway (медиа-шлюза).

Уровень доступа  и транспорта располагается на четвертой  плоскости. Основные функции этого  уровня - перенос информации между  конечными пользователями сети NGN. В  качестве средств доступа в концепции  сети NGN рассматриваются практически  все используемые в настоящее  время варианты, основанные на различных  технологиях.

Термин «Softswitch»  можно перевести на русский язык как «коммутатор с программным  управлением», что не отражает его  функционального назначения, поэтому  чтобы более точно определить данный термин лучше воспользоваться  нестрогим переводом «Интеллектуальный  коммутатор».

В сети NGN предполагается применять только открытые (стандартные) протоколы, которые позволяют при  необходимости легко менять выполняемые  функции. Особенность коммутационных станций ТфОП состоит в том, что  они, как правило, имеют стандартные  интерфейсы на входе и выходе. Практически  все внутренние процессы в коммутационной станции, как в «черном ящике», поддерживались фирменными (нестандартными) протоколами, разработка которых осуществлялась производителем соответствующих аппаратно-программных  средств.

Рисунок 3 иллюстрирует различия в архитектуре коммутационных станций ТфОП и Softswitch (NGN). Открытые протоколы и интерфейсы прикладного программирования (API) — неотъемлемая особенность архитектуры Softswitch (NGN).

 

Архитектура коммутационных станций ТфОП и Softswitch

 

 

Рис. 1.3.2

 

Для сети NGN определен  ряд новых протоколов, часть из которых была разработана ранее. Целесообразно выделить пять следующих  протоколов:

1. Протокол Н.323. Рекомендация МСЭ Н.323 была разработана для обеспечения установления соединения и передачи голосового и видео трафика по пакетным сетям, в частности Интернет и intranet, которые не гарантируют качества обслуживания (QoS). Используется протокол RTP, разработанный IETF (инженерная группа по проблемам Интернет), а также стандартные кодеки, отвечающие требованиям МСЭ, которые изложены в рекомендациях серии G. Протокол Н.323 был первым в технологии IP-телефонии, но сейчас он начал уступать позиции разработанному IETF протоколу SIP (инициирование сеансов связи), который оказался проще и лучше масштабировался.
2. Session Initiation Protocol. Это протокол прикладного уровня, с помощью которого осуществляются такие операции, как установление, изменение и завершение мультимедийных сессий или вызовов по IP-сети. В мультисервисных сетях SIP выполняет функции, аналогичные тем, которые реализованы в протоколе Н.323. Сессии SIP могут включать мультимедийные конференции, дистанционное обучение, Интернет-телефонию и другие подобные приложения. Сегодня SIP рассматривается многими участниками инфокоммуникационного рынка как международный стандарт.
3. Media Gateway Control Protocol. Протокол MGCP используется для управления шлюзами MG. Он разработан для архитектуры, в которой вся логика обработки вызовов располагается вне шлюзов, и управление выполняется внешними устройствами, такими, как MGC или агенты вызовов. Модель вызовов MGCP рассматривает медиа-шлюзы как набор конечных точек, которые можно соединить друг с другом.
4. MEGACO/H.248. Этот протокол, по всей видимости, заменит MGCP в качестве стандарта для управления медиа-шлюзами. MEGACO служит общей платформой для шлюзов, устройств управления многоточечными соединениями, а также устройств интерактивного голосового ответа.
5. Протокол SignallingTransport (SIGTRAN). Это набор протоколов для передачи сигнальной информации по IP-сетям. Он используется как в обоих видах шлюзов, так и в Softswitch. SIGTRAN реализует функции протокола SCTP (SimpleControlTransportProtocol) и уровней адаптации (AdaptationLayers). SCTP отвечает за надежную передачу сигнальной информации, осуществляет управление сигнальным трафиком, обеспечивает безопасность. В функции AdaptationLayers входит передача сигнальной информации от соответствующих сигнальных уровней, использующих услуги SCTP. Эти протоколы ответственны за сегментацию и пакетирование пользовательских данных, защиту от имитации законного пользователя, изменения смысла передаваемой информации и ряд других функций.