Конвергенція мереж. Архітектура та проектування NGN.

 

План

1. Конвергенція комп'ютерних і телекомунікаційних мереж.. 1

2. Архітектура мережі NGN. 3

3. Архітектура традиційних мереж електрозв’язку. 4

4. Загальні принципи проектування транспортної мережі NGN. 5

 

1. Конвергенція комп'ютерних і телекомунікаційних мереж. З кожним роком посилюється тенденція зближення комп'ютерних і телекомунікаційних мереж різних видів. Робляться спроби створення універсальної, так званої мультисервісної мережі, здатної надавати послуги як комп'ютерних, так і телекомунікаційних мереж.

До телекомунікаційних мереж відносяться телефонні мережі, радіомережі та телевізійні мережі. Головне, що об'єднує їх з комп'ютерними мережами, - то, що в якості ресурсу, що надається клієнтам, виступає інформація. Однак є деяка специфіка, що стосується виду, в якому подають інформацію комп'ютерні та телекомунікаційні мережі. Так, спочатку комп'ютерні мережі розроблялися для передачі алфавітно-цифрової інформації, яку часто називають просто даними, тому у комп'ютерних мереж є й інша назва - мережі передачі даних, В той час як телекомунікаційні мережі були створені для передачі тільки голосової інформації (І зображення в разі телевізійних мереж).

Сьогодні ми є свідками конвергенції телекомунікаційних та комп'ютерних мереж, яка йде по декількох напрямках.

Перш за все, спостерігається зближення видів послуг, Що надаються клієнтам. Перша і не дуже успішна спроба створення мультисервісної мережі, здатної надавати різні послуги, в тому числі послуги телефонії і передачі даних, привела до появи технології цифрових мереж з інтегрованим обслуговуванням (Integrated Services Digital Network, ISDN). Однак на практиці ISDN надає сьогодні в основному телефонні послуги, а на роль глобальної мультисервісної мережі нового покоління, Часто званої в англомовній літературі Next Generation Network (NGN), або New Public Network (NPN), претендує Інтернет. Інтернет майбутнього повинен мати можливість надавати всі види телекомунікаційних послуг, в тому числі нові види комбінованих послуг, в яких поєднуються кілька традиційних послуг, наприклад послуга універсальної служби повідомлень, що об'єднує електронну пошту, телефонію, факсимільну службу і пейджинговий зв'язок. Найбільших успіхів на практичному терені досягла IР-телефонія, Послугами якої прямо або побічно сьогодні користуються мільйони людей. Однак для того щоб стати мережею NGN, Інтернету ще належить пройти великий шлях.

технологічне зближення мереж відбувається сьогодні на основі цифрової передачі інформації різного типу, методу комутації пакетів і програмування послуг.

Телефонія вже давно зробила ряд кроків назустріч комп'ютерних мережах, перш за все, за рахунок подання голосу в цифровій формі, що робить принципово можливим передачу телефонного та комп'ютерного трафіку по одним і тим же цифрових каналах (телебачення також може сьогодні передавати зображення в цифровій формі). Телефонні мережі широко використовують комбінацію методів комутації каналів і пакетів. Так, для передачі службових повідомлень (званих повідомленнями сигналізації) застосовуються протоколи комутації пакетів, аналогічні протоколах комп'ютерних мереж, а для передачі власне голоси між абонентами комутується традиційний складовою канал.

Додаткові послуги телефонних мереж, такі як переадресація виклику, конференц-зв'язок, телеголосування та інші, можуть створюватися за допомогою так званої інтелектуальної мережі (Intelligent Network, IN), по своїй суті, є комп'ютерною мережею з серверами, на яких програмується логіка послуг.

Сьогодні пакетні методи комутації поступово витісняють традиційні для телефонних мереж методи комутації каналів навіть при передачі голосу. У цій тенденції є досить очевидна причина - на основі методу комутації пакетів можна більш ефективно використовувати пропускну здатність каналів зв'язку і комутаційного обладнання. Наприклад, паузи в телефонній розмові можуть становити до 40% загального часу з'єднання, однак тільки пакетна комутація дозволяє «вирізати» паузи і використовувати вивільнену пропускну здатність каналу для передачі трафіку інших абонентів. Інший вагомою причиною переходу до комутації пакетів є популярність Інтернету - мережі, побудованої на основі даної технології.

Звернення до технології комутації пакетів для одночасної передачі через пакетні мережі різних видів трафіку - голосу, відео і тексту - зробило актуальним розробку нових методів забезпечення необхідного якості обслуговування (Quality of Service, QoS). Методи QoS покликані мінімізувати рівень затримок для чутливого до них трафіку, наприклад голосового, і одночасно гарантувати середню швидкість і динамічну передачу пульсацій для трафіку даних.

Однак невірно було б говорити, що методи комутації каналів морально застаріли і у них немає майбутнього. На новому витку спіралі розвитку вони знаходять своє застосування, але вже в нових технологіях.

Комп'ютерні мережі теж багато що запозичили у телефонних і телевізійних мереж. Зокрема, вони беруть на озброєння методи забезпечення відмовостійкості телефонних мереж, за рахунок яких останні демонструють високу ступінь надійності, так відсутню часом Інтернету і корпоративних мереж.

Сьогодні стає все більш очевидним, що мультисервисная мережу нового покоління не може бути створена в результаті «перемоги» якоїсь однієї технології або одного підходу. Її може породити тільки процес конвергенції, коли від кожної технології буде взято все найкраще і з'єднане в деякий новий сплав, який і дасть необхідну якість для підтримки існуючих та створення нових послуг. З'явився новий термін - інфокомунікаційних мережу, Який прямо говорить про дві складові сучасної мережі - інформаційної (комп'ютерної) і телекомунікаційної. З огляду на, що новий термін ще не придбав достатньої популярності, ми будемо використовувати усталений термін «телекомунікаційна мережа» в розширеному значенні, тобто включати в нього і комп'ютерні мережі.

Висновки

Найважливіший етап в розвитку мереж - поява стандартних мережевих технологій: Ethernet, FDDI, Token Ring, що дозволяють швидко і ефективно об'єднувати комп'ютери різних типів. В кінці 80-х років локальні і глобальні мережі мали суттєві відмінності по протяжності і якості ліній зв'язку, складності методів передачі даних, швидкості обміну даними, різноманітності послуг, що надаються і масштабованості. Надалі в результаті тісної інтеграції LAN, WAN і MAN відбулося взаємопроникнення відповідних технологій.

2. Архітектура мережі NGN. В сучасних телекомунікаціях створюються значні зміни, пов’язані з підсиленою «інтернетизацією» людей, яких можна вважати науково-технічною революцією. До нашого часу світові телекомунікації пережили дві науково-технічні революції. Слова «нове покоління» стають останнім часом модною фразою, що появляється в різних контекстах. Це обговорено революційною ситуацією, коли під NGN розуміються різні підходи, рішення, обладнання, але вони всі єдині в головному – в еру NGN данні важливіші мови, комутація пакетів і пакетний трафік є важливішим комутації каналів і мовного трафіку. Доля трафіку передачі даних останнім часом динамічно росте вгору і становиться домінуючим в сучасних системах зв’язку (рис. 1).

Рисунок 1 – Загальна концепція побудови мультисервісної мережі Як показують якісні та корисні оцінки, динаміка розвитку мовного трафіку в загальносвітовому масштабі в середньому стабільна.

В протилежному напрямку йому доля трафіку даних, і особливо доля трафіка IP (Інтернету), в останній час зростає експоненціально, і цей трафік даних почав переважати на мережах Європи. Революція переходу від мовного трафіку до трафіка даних складає основу ідеології NGN. Значення цього факту невелика, що вище він поставлений в основу значення NGN. NGN необхідно розглядати як ідеологічну доктрину, що опирається на стратегічний постулат: 1) комп’ютер для майбутнього людства важливіше телефона і його необхідно поставити в центр нових технологій зв’язку; 2) для нормальної роботи мережі, орієнтуючий на комп’ютери, а не на телефони, необхідна корінна модернізація мереж зв’язку. Трафік даних ріс по мірі розвитку комп’ютеризації і інформатизації, і по міркам історії, зміна пріоритетів пройшла дуже швидко, але і в цього процесу була передісторія. Для того, щоб показати, на скільки змінились основи створення сучасних мереж, дослідимо еволюцію принципів створення систем зв’язку до і після прийняття основного постулату NGN. Традиційно в основі створення класичної системи електрозв’язку лежить первинна мережа, що включає в себе середовище поширення сигналів і апаратуру передачі сигналів, що забезпечує створення типових каналів і трактів первинної мережі. Ці канали використовується потім вторинними мережами для забезпечення послуг зв’язку [3].

3. Архітектура традиційних мереж електрозв’язку. Початковою базою революції NGN стала зміна пріоритетів світової цивілізації в її відношенні до трафіку мови і даних. Трафік даних ріс поступово по мірі розвитку комп'ютеризації та інформатизації суспільства і в якийсь момент «переміг» мовний трафік. Процес інформатизації йшов бурхливо, і, але мірками історії, зміна пріоритетів сталося майже миттєво, а й у цього процесу була передісторія. Для того щоб показати, наскільки змінилися основи побудови сучасних мереж, простежимо еволюцію принципів побудови систем зв'язку до і після прийняття основного постулату NGN [4]. Традиційно в основі побудови класичної системи електрозв'язку лежить первинна мережа, що включає в себе середовище поширення сигналів та апаратуру передачі сигналу, що забезпечує створення типових каналів і трактів первинної мережі. Ці канали використовуються потім вторинними мережами для забезпечення послуг зв'язку. Первинна мережа у свою чергу поділяється на два підрівні (транспортний і обладнання передачі), оскільки методично процедури експлуатації середовища поширення сигналів (волоконно- оптичних ліній зв'язку, металевих кабелів і ресурсу радіочастотного спектру) відрізняються від процедур експлуатації первинної мережі як уніфікованого банку цифрових каналів. Цифрова первинна мережу може будуватися на основі принципів плезіохронна (PDH) або синхронної цифрової ієрархії (SDH). У процесі розвитку традиційних систем зв'язку в останні декілька десятиліть спостерігалися дві тенденції: 1) стандарти первинної мережі залишалися незмінними і грунтуючись на типовій ієрархії каналів PDH (потоки El, Е2, ЕЗ і Е4 зі швидкостями 2, 8, 34, 140 Мбіт / с відповідно) або SDH (потоки STM-1/4, 6/64 зі швидкостями 0,155; 0,622; 2,5 і 10 Гбіт / с відповідно), 2) технології вторинних мереж розвивалися бурхливо, що призводило до постійного дробленню рівня вторинних мереж на нові і нові сегменти. Так, на кордоні телефонії та мереж передачі даних з'явилася технологія ISDN, на кордоні ISDN і традиційних телефонних систем сигналізації - система ОКС № 7. Таким чином, дуалізм традиційних телекомунікаційних мереж (первинна мережа - вторинні мережі) зовсім не стримував розвитку технології і не сприяв революційної ситуації, яка привела до NGN. Революція була обумовлена причинами всередині технології, а зміною пріоритетів світової цивілізації, тобто вона прийшла в телекомунікації ззовні. Відповідно до сучасного розвитку, мережа NGN може бути розділена на чотири рівні (рис. 2).

 

рівень доступу A (Access) забезпечує доступ користувачам до ресурсів мережі; 2) рівень транспорту Т (Transport) являє собою основний ресурс мережі, що забезпечує передачу інформації від користувача до користувача; 3) рівень управління С (Control) являє собою нову концепцію комутації, засновану на застосуванні технології комп'ютерної телефонії та Softswitch; 4) рівень послуг S (Service) визначає склад інформаційного наповнення мережі. Тут знаходиться корисне навантаження мережі у вигляді послуг з доступу користувачів до інформації. У центрі (ядро) застосовуються високопродуктивні технології для швидкої комутації трафіку з підтримкою протоколів динамічної маршрутизації; також на цьому рівні забезпечується підключення до інших провайдерів та розташовуються сервісні центри. Рівень обслуговування та керування виконує функції керування та обслуговування трафіку, забезпечення необхідної швидкості та якості обслуговування, інтеграції мережі з іншими мережами, такими, як телефонна мережа загального користування (PSPN), мережа передачі даних (PDN), цифрова мережа інтеграції послуг (ISDN) та мережа цифрового телебачення(DTV). Транспортний рівень виконує функції перенесення мультимедійного трафіку та розподілу його між мережами доступу. На даному рівні необхідно забезпечити високу швидкість передачі, відсутність затримок цифрового потоку та гарантію доставки даних. На рівні доступу мультимедійний трафік буде розподілятись між абонентами відповідно їх типу. У мультисервісній мережі зазвичай існує два типа абонентів: фізичні(окремі особи) та юридичні(підприємства та організації).

4. Загальні принципи проектування транспортної мережі NGN. До загальних принципів проектування мережі відносяться [5]: 1) транспортна мережа є розвитком первинної мережі при переході від комутації каналів до комутації пакетів; 2) транспортна мережа є каркасом сучасної мережі NGN. Вона являє собою засіб з'єднання користувачів і додатків; 3) у первинній мережі основна функція зводилася до утворення стандартного аналогового або цифрового каналу між двома точками мережі, а транспортна мережа формує канал передачі даних між двома точками підключення користувачів NGN. Аналогія між транспортною мережею та первинної мережі присутня також у механізмі зв'язків між користувачами; 4) незважаючи на єдність принципів роботи транспортної мережі та первинної мережі, NGN вносить свою специфіку; 5) на відміну від мереж доступу, які розгортаються «за місцем», транспортна мережа будується заплановано, у відповідності зі стратегією розвитку оператора. На рис. 3 представлена модель функціонування транспортної мережі, згідно з якою споживачами ресурсів транспортної мережі є мережі доступу.

 

Мережі доступу збирають трафік від користувачів NGN і взаємодіють один з одним через транспортну мережу. З цієї моделі ми отримуємо найважливіший висновок, що визначає цінність технічних рішень в області транспортних мереж. Основне призначення транспортної мережі полягає в обслуговуванні трафіку даних NGN. Для обслуговування трафіку транспортна мережа повинна забезпечувати наступні процедури: прийняті в NGN-розподіл трафіку, вирівнювання навантаження, маршрутизацію трафіку по зв'язках різної топології («точка-точка», «точка-багатоточка» тощо), дублювання трафіку, мультиплексування (об'єднання) і демультиплексування (поділ) і т.д. Отже, чим успішніше обслуговує технологія транспортної мережі пакетний графік, тим ефективніше технічне рішення.

4. Вплив абонентських послуг на розвиток мереж NGN. Завершуючи дослідження загальних принципів функціонування NGN. Щоб оцінити роль послуг, необхідно вийти за межі галузі телекомунікацій і згадати, що XGN як третя революція в зв'язку з глобальною ідеєю «інтернетизації» нашої цивілізації. Оскільки впровадження NGN може окупитися тільки через оплату послуг, то номенклатура і якість нових послуг зв'язку є вирішальним фактором на користь інвестицій в телекомунікації. З точки зору архітектури NGN протоколи і принципи організації послуг перебувають на четвертому рівні моделі SCTA. Але при цьому нова концепція послуг впливає на всі рівні моделі SCTA. Так концепція управління новими послугами неминуче вимагає уточнення принципів роботи рівня управління. Оскільки нові послуги можуть привести до зміни структури трафіку і принципів його маршрутизації, а також параметрів гарантованої якості послуг (QoS) для трафіку різної категорії, то виникає необхідність перегляду стандартів рівня транспорту. На рівні доступу вплив нових концепцій послуг тим більше явно. Наприклад, нові послуги можуть висунути вимогу істотного збільшення смуги пропускання абонентського каналу. У такому випадку потрібно вдосконалення технології «останньої милі» або створення принципово нових технологій, що в історії NGN вже кілька разів мало місце. Більш того, можна вказати на той факт, що з історичної точки зору саме зміна концепцій ГІО і введення нових послуг визначало напрямок розвитку технології NGN в цілому. Для того, щоб ілюструвати процес такого впливу послуг на формування стандартів і технологій, що входять в сімейство NGN. В залежності від того, що розумілося під інформаційним суспільством, змінювалася концепція послуг і разом з нею технологія NGN (рис. 4)

При розгортанні нових телефонних послуг, таких як телеголосування, передплачені послуги та інше, була сформульована концепція інтелектуальної мережі (IN). Внаслідок з'єднання концепції інтелектуальної мережі та принципу децентралізації привели до появи технології декомпозиції шлюзів, що і створило Softswitch. Поява послуг широкополосного доступу пов'язане з ідеєю «інтер-винтізаціі суспільства». Вирішення цієї задачі в рамках традиційної телефонної мережі призвело до появи концепції ISDN, але швидкість передачі, яку забезпечувала ця технологія для абонентів (128 кбіт/с), не можна було признати достатньою. Нова концепція послуг вимагала, щоб швидкість передачі даних до абонента перевищувала 1...1,5 Мбіт/с. З'явилися нові технології широкосмугового абонентського доступу: HDSL, FTTx, РОГч \ Ethernet, Gigabit Ethernet, Wi-Fi. Оскільки відповідно до нової концепції передбачалося істотне збільшення об'ємів трафіку, на рівні транспортних мереж були впроваджені модернізування технології NGSDH, 10 Gigabit Ethernet. Необхідність забезпечення якості призвело до технології MPLS. Для об'єднання абонентів у локальні групи і кластери були створені VLAN VPN. Зрештою підвищення ефективності управління послугами широкосмугового доступу було досягнуто модифікацією під нові завдання технології Softswitch. Таким чином, концепція «комп’ютер + телефон» призвела до істотної зміни архітектури NGN па всіх рівнях. Технології управління суспільством, підготовлені новини, клонування менталітету, вплив «піар», ідеологічні та інформаційні інтервенції, всі «принади» яких жителі розвинених країн могли відчути на собі, показали, що телебачення є масовою, доступною і суттєвою силою в сучасному культурному і інформаційному полі. Тому синтез телебачення і комп'ютера в поєднанні з широким використанням розважальних технологій виявилось нове ефективне трактуванням ідеї ГІО. Для її реалізації з'явилася нова концепція послуг Triple Play як інтеграція «комп'ютер + телефон + телевізор». Розширення послуг передачі відеоінформації змінить архітектуру NGN на всіх рівнях. Передача відеоінформації зажадала збільшити швидкість передачі даних для абонентів з 1,5 до 24 Мбіт / с. Однак більш ніж 10-кратне збільшення швидкості неможливо без корінної перебудови технології мереж доступу. Показали свою ефективність технології радіо-Ethernet і ADSL будуть перетворені у відповідності з новими стандартами. Широке поширення одержать технології «оптичної останньої милі». Навіть технологія стільникових мереж не залишилася осторонь, відповівши на виклик сучасності перспективними технологіями EV-DO і 3G. Одночасно будуть істотно перебудовані транспортні мережі, оскільки трафік змінить свою структуру, а для трансляції телевізійних програм буде потрібно групова розсилка (Multicast). Впровадження Triple Play приведе до перегляду ряду положень архітектури керування Softswitch. Саме цей стан реконструкції мереж характери для сучасного стану технологій NGN. Для суспільства перехід до концепції Triple Play поки не помітний. Втім, можна заглянути в майбутнє і передбачити, що нова концепція послуг, post-Triple Play, буде концепцією персоніфікації послуг, тобто абонент зможе сам формувати перелік (профіль) послуг та налаштовувати їх «під себе». Перш за все, будь-яка людина може отримати свій персональний номер, по якому він буде доступний незалежно від того, перебуває він у своєму кабінеті або в будь-якій точці Землі. Таким чином, нова концепція пропонує синтез мереж NGN і мобільних мереж, що може бути виражено формулою «комп'ютер + телефон + телевізор + роумінг». До роумінгу абонентів привчили стільникові мережі, де персоніфікація послуги відбулася сама собою, оскільки телефонна трубка виявляється в кишені абонента. Але NGN надає нову ідею широкосмугових послуг, та ще й у конвергентному абонентському середовищі. Персоніфікація послуг в рамках всієї системи NGN вимагає розширити поняття роумінгу з технології стільникових мереж на всі можливі абонентські мережі доступу. Єдиний номер повинен бути в рівній мірі доступний абонентові ADSL, Wi-Fi або Ethernet. При цьому роумінг повинен забезпечувати просторову міграцію абонента (переїзд в інше місто), і внутрішню міграцію (наприклад, перехід з технології Wi-Fi на технологію ADSL). Вже зараз зрозуміло, що персоніфікація зв'язку зажадає очевидної кардинальної перебудови всієї архітектури NGN. В першу чергу перестройка торкнеться рівня управління, де зосереджені засоби забезпечення роумінгу, сигналізації, а також ідентифікації користувачів, що отримали коротке найменування AAA (authentication, authoriaftlion і accounting). На цьому рівні вже зараз впроваджуються пристрої SMS. які приходять па зміну далеко ще не застарілих систем Softswitch. Досить важко зараз припустити, які зміни викличе концепція персоніфікації послуг на інших рівнях NGN. Вже зараз ряд виробників пропонують спеціальні пристрої для абонентських мереж доступу, що дозволяють персоніфікувати послуги Triple Play для кожного абонента. Але в будь-якому випадку концепція персональної зв’язку стане актуальною тільки після широкого впровадження послуг Triple Play, а зараз ця концепція тільки починає впливати на архітектуру NGN.

Висновки: У даній лекції розглянуті технічні особливості методики проектування NGN мереж зв’язку з мобільним доступом в інфраструктури компанії.