Основные особенности NGN

Сети следующего поколения

 

Предпосылки перехода к NGN

 

Закономерность эволюции телекоммуникационных сетей объясняется теми процессами, которые начали менять облик инфокоммуникационной системы в начале XXI века. Эти изменения указаны в последней строке таблицы 7.1. Они характеризуют циклы, свойственные развитию телефонии.

 

Таблица 7.1. Цикличность в развитии системы телефонной связи

 

Существенные этапы эволюции телефонии	Время
Появление телефонной связи	80-е годы XIX века
Автоматизация сетей телефонной связи	20-е годы XX века
Использование программного управления	60-е годы XX века
Смена технологий передачи и коммутации	Начало XXI века

 

Сорокалетние циклы, приведенные в таблице, подобны "длинным волнам", открытие которых было сделано российским ученым Николаем Кондратьевым. Цикличность процессов радикальной модернизации системы телефонной связи свидетельствует, что смена технологий передачи и коммутации, заложенные в основу идеологии Next Generation Network (NGN), будет определять характер развития инфокоммуникаций на длительный период времени.

Аббревиатура NGN чаще других сокращений используется в технической литературе для обозначения нового цикла развития электросвязи. Реже встречается аббревиатура NPN (New Public Network), подчеркивающая факт построения сети общего пользования. Иногда специалисты подчеркивают то обстоятельство, что в основе концепции NGN лежит IP протокол. Поэтому они используют аббревиатуру IP NGN.

Важная причина перехода к NGN – окончание жизненного цикла эксплуатируемых видов телекоммуникационного оборудования. Новое оборудование, отвечающее требованиям NGN, призвано сократить эксплуатационные расходы Оператора сети за счет процессов интеграции сетей. Оценки такого рода приведены в таблице 7.2.

 

Таблица 7.2. Соотношение затрат в NGN

 

Вид затрат Оператора	Сегодня	Изменение	Завтра
Доля инвестиций	35%	1,25	43,75%
Доля эксплуатационных расходов	65%	0,5	32,5%
Совокупный объем затрат	100%	–	76,25%

 

Создание NGN меняет не только технологические принципы передачи и коммутации. Очень существенные изменения произойдут на рынке инфокоммуникационных услуг, в системе технической эксплуатации и не только. NGN не поможет найти "killer application" (его поиски чем-то похожи на попытку изобретения вечного двигателя), но заметно повлияет на телекоммуникационную систему в целом.

 

Концепция NGN

 

Концепция NGN разрабатывается в течение нескольких лет, но пока не предложено внятное определение для "сети следующего поколения". Можно дать простую трактовку термина NGN, если воспользоваться определением сети, которая поддерживает обслуживание "Triple-play services": речь + данные + видео. Ее можно рассматривать как мультисервисную сеть, в которой предоставляются основные и дополнительные услуги для обмена тремя видами информации (речь, данные и видео). Тогда определение для NGN может быть сформулировано в более простой форме: сеть, способная обеспечить обслуживание вида "Triple-play services" за счет использования оборудования передачи и коммутации, которое основано на пакетных технологиях.

Модель NGN, отражающая принципы построения сети, может быть представлена структурой, которая показана на рисунке 7.1. Одна из существенных особенностей NGN – разделение функций передачи IP пакетов и управления этим процессом. Передача информации, в которой заинтересованы пользователи, осуществляется коммутаторами пакетов (КП, Packet Switch – PS). Вторая функция возложена на устройства управления (УУ, Control Unit – CU), в качестве которых могут использоваться различные аппаратно-программные средства (например, Softswitch).

 

Рис. 7.1. Модель сети следующего поколения

 

Модель включает три компонента: междугородная сеть и две местные. Количество КП в каждом компоненте сети было выбрано произвольно. Это справедливо также в отношении численности УУ, которые необходимы для определения основных атрибутов соединения. Предполагается, что оба пользователя располагают терминалами двух типов. Телефонный аппарат (ТА) необходим для передачи речи. Персональный компьютер (ПК) обеспечивает обмен данными и получение видеоинформации.

Переход к IP технологиям передачи и коммутации требует изменения подхода к планированию сети. Эти изменения обусловлены рядом причин. Из них целесообразно выделить два направления, которые будут подробно рассматриваться в десятой и в шестнадцатой лекциях соответственно:

• показатели качества обслуживания мультисервисного трафика;

· надежность инфокоммуникационной системы.

Концепция NGN не предусматривает построение новой телекоммуникационной сети. Сеть NGN должна быть создана в процессе эволюции существующей инфокоммуникационной системы. Использование в NGN пакетных технологий усложняет проблемы взаимодействия с ТФОП, которая основана на технологии "коммутация каналов".

Стандартизацией NGN занимаются несколько международных организаций. Определенный вклад вносят ITU и ETSI. Активно разрабатывает свои стандарты Международный консорциум пакетной связи – IPCC (International Packet Communication Consortium). Он стал преемником завершившей свою деятельность организации International Softswitch Consortium. На рисунке 7.2 показана архитектура NGN, предложенная МСЭ в рекомендации Y.1001. Она содержит ряд новых элементов по сравнению с моделями, привычными для специалистов по телефонии.

 

 

Рис. 7.2. Архитектура сети следующего поколения

 

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

Медиа-шлюз управляется соответствующим контроллером – MGC (Media Gateway Controller), который теперь более известен по названию Softswitch (вряд ли такая замена удачна; тем более, что новый термин – фирменное название продукта Lucent Technologies). Контроллеры могут быть связаны между собой. MGC взаимодействует также с интеллектуальной базой данных (Intelligent Database – ID).

Над контроллером MGC показан шлюз сигнализации (Signalling Gateway – SG). В сторону ТФОП (или сотовой сети) шлюз сигнализации передает и принимает информацию по сети общих каналов сигнализации (SS#7 – Signalling System #7). В российской сети SS#7 применяется подсистема пользователя интегральной сети – ISUP (Integrated Services Digital Network User Part).

Сопоставление коммутационной станции ТФОП и оборудования Softswitch наводят на мысль, что эти аппаратно-программные средства идентичны с точки зрения выполняемых функций. Сходство, на самом деле, действительно есть, но можно выделить и ряд существенных различий. Рисунок 7.3 иллюстрирует различия в архитектуре коммутационных станций ТФОП и Softswitch. Открытые протоколы и интерфейсы прикладного программирования (Application Programming Interface – API) – неотъемлемая особенность архитектуры Softswitch.

 

 

Рис. 7.3. Архитектура коммутационных станций ТФОП и Softswitch

 

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

1. Протокол H.323. Рекомендация ITU H.323 была разработана для обеспечения установления соединения и передачи голосового и видео трафика по пакетным сетям, в частности Internet и intranet, которые не гарантируют качества обслуживания (QoS). Используется протокол RTP, разработанный IETF (инженерная группа по проблемам Internet), а также стандартные кодеки, отвечающие требованиям МСЭ, которые изложены в рекомендациях серии G. Протокол H.323 был первым в реализациях 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 (SIP). 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 H.323. Сессии SIP могут включать мультимедийные конференции, дистанционное обучение, Internet-телефонию и другие подобные приложения. Сегодня SIP рассматривается многими участниками инфокоммуникационного рынка как международный стандарт.

3. Media Gateway Control Protocol (MGCP). 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. Модель соединений, используемая MEGACO, более проста, чем для протокола MGCP.

5. Протокол Signalling Transport (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 (Simple Control Transport Protocol) и уровней адаптации (Adaptation Layers). SCTP отвечает за надежную передачу сигнальной информации, осуществляет управление сигнальным трафиком, обеспечивает безопасность. В функции Adaptation Layers 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.

 

Основные особенности NGN

 

Если обобщить ряд точек зрения нескольких авторов работ по NGN, то можно предложить пять характерных особенностей этой сети:

· 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 всех видов 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.

Безусловно, существенная особенность NGN – ее способность объединить практически все эксплуатируемые телекоммуникационные сети. Эта возможность показана на рисунке 7.4 как процесс интеграции сетей, поддерживающих услуги по обмену информацией в трех видах – речь, данные и видео.

 

 

Рис. 7.4. Интеграция эксплуатируемых телекоммуникационных сетей

 

Переход к NGN рассматривается большинством эксплуатационных компаний как длительный процесс, основанный на постепенной замене оборудования, которое было предназначено для поддержки технологии "коммутация каналов". Обычно такие процессы представимы образными функциями. Одна из таких функций – логистическая кривая. Она показана на рисунке 7.5. Логистическая кривая, как и все образные функции, отражает три важных фазы развития системы: начальная (), активное развитие () и насыщение ().

 

Рис. 7.5. Процесс формирования NGN

 

Кривая, приведенная на рисунке 7.5, отражает общую тенденцию перехода к NGN. Следует учитывать, что на практике эксплуатируемые сети и NGN – до момента – будут сосуществовать.

 

Принципы перехода к NGN

 

Большинство Операторов телекоммуникационных сетей приняли решение о создании – в первую очередь – транзитной (междугородной) IP сети, в которой будут поддерживаться все показатели QoS, свойственные NGN. Пример такого решения приведен на рисунке 7.6. На этом рисунке отмечены характерные точки, в которых осуществляется смена технологий коммутации.

 

Рис. 7.6. Точки смены технологий коммутации при формировании NGN

 

При установлении соединения между ТА, включенными в две местные сети с коммутацией каналов, преобразование технологии осуществляется в точках и . Они расположены на границах IP сети. Для местных IP сетей, преобразование технологии выполняется в разных точках. Если абонент использует обычный ТА, то эта функция выполняется в точках и . Для IP телефона (IP-ТА) эти точки ( и ) будут расположены в терминале. При международной связи могут устанавливаться соединения с сетями, использующими два вида технологии коммутации – каналов и пакетов. В первом случае смена технологий коммутации осуществляется в точке . Во втором случае граница IP домена располагается в национальной сети другой страны.

Такой подход совпадает с идеей реализации сетей IP-телефонии. Известно, что технология IP позволяет экономить транспортные ресурсы за счет лучшего использования канальных ресурсов. Такое решение экономично в сетях дальней связи – рисунок 7.7. В этих сетях стоимость транспортных ресурсов заметно превышает затраты на оборудование коммутации. В городских сетях эти виды затрат практически идентичны.

 

Рис. 7.7. Затраты на транспортные ресурсы и оборудование коммутации

 

Существуют и другие сценарии построения NGN. Тем не менее, для любого из возможных сценариев превентивное построение IP сети для передачи трафика дальней связи представляется оптимальным решением.