Лекция 20.Сети нового поколения NGN
Концептуальные основы сетей нового поколения. Необходимость перехода к NGN.
Развитие информационных средств в последние два десятилетия преимущественно шло двумя магистральными направлениями:
- совершенствование информационных технологий на базе средств вычислительной техники;
- развитие коммуникационных технологий на базе цифровой элементной базы, волоконной оптики, средств вычислительной техники.
Развитие информационных технологий идет, в основном, с целью ускорения таких форм движения информации в обществе, как ее обработка и хранение, в то время как телекоммуникационные технологии ускоряют, в основном, передачу и распределение информации. Пользователю же необходимо обеспечить согласованное ускорение всех форм движения информации, реализующих требуемую инфокоммуникационную услугу.
Отсюда следует объективная необходимость интеграции информационных и коммуникационных средств и конвергенции соответствующих услуг.
Сети следующего поколения (NGN - Next Generation Networks) органически объединяют функции информационных и коммуникационных сетей. В результате получается новое качество - инфокоммуникационные сети.
Важной особенностью развития инфокоммуникаций является перенос основных усилий операторов от вопросов развития сетеобразуещей инфраструктуры к созданию инфраструктуры предоставления инфокоммуникационных услуг и обеспечения абонентского сервиса нового уровня и высокого качества. Доля доходов операторов от базовых услуг постоянно снижается и соответственно возрастает доля доходов от новых услуг.
На инфокоммуникационном рынке появляются новые участники - поставщики услуг (сервис-провайдеры), поставщики контента и систем программного обеспечения. В таблице 1.1 приведен прогноз применительно к лидерам телекоммуникационного рынка доли доходов различных его участников. Как следует из таблицы, в перспективе ожидается значительный рост доходов поставщиков информационных услуг. Можно утверждать, что в результате революционных изменений информационных и коммуникационных технологий происходит смена парадигмы телекоммуникационного рынка: если в 20-м веке объем, номенклатура и качество услуг определялись, в основном, возможностями технических средств, то в 21-м веке облик инфокоммуникационного рынка будет определяться потребностями пользователей в услугах, т.е. доминировать на рынке будет услуга.
Таблица 20.1.Ожидаемые доходы на инфокоммуникационном рынке
| Участники инфокоммуникационного рынка | Операторы сетей связи | Поставщики услуг | ||
| Основных | Дополнительных | Информационных | ||
| Доля доходов в настоящее время, % | ||||
| Доля доходов в обозримой перспективе, % |
Требования к инфокоммуникационной инфраструктуре
В этих условиях инфокоммуникационная Сеть должна обеспечивать
пользователю:
- неограниченный набор услуг высокого качества;
- гибкое управление услугами;
- персонализацию и мобильность услуг;
- возможность пользователя самому создавать в нужном месте в нужное время необходимые ему услуги.
Технологические достижения в микроэлектронике, фотонике и программировании, перспективы нанотехнологий позволили сформулировать следующие требования к инфокоммуникационной инфраструктуре ближайшего будущего:
- мультисервисность - независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий;
- широкополосностъ - возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;
- мулыпимедийностъ - способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио) в реальном времени;
- интеллектуальность - возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;
- инвариантность доступа - возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;
- многооператорность - возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности;
- мобильность - возможность получения пользователем услуги в любом месте в любое время.
- масштабируемость сети - возможность расширения (наращивания) сети без изменения основополагающих принципов ее построения.
Уровни NGN
Для реализации этих требований архитектура NGN должна быть модульной, распределённой, открытой, иметь физическое и логическое разделение следующих уровней: транспортного; управления коммутацией и передачей; управления услугами (смотри Интеллектуальные сети).
| Рис 20.1 Уровни NGN |
| Рис 20.2 Фрагмент сети NGN |
Сеть абонентского доступа является промежуточным звеном между транспортной сетью и оборудованием абонента. Учитывая, что доля затрат на ее создание может составлять 40 % и более в общих затратах на создание сети, оператор вынужден искать наиболее дешевые решения. С другой стороны, добавленную стоимость приносят только новые услуги -
широкополосные, интерактивные, мультимедийные, что, естественно, требует затрат. Решение этой непростой и многофакторной задачи идет, в основном, по следующим трем направлениям:
- использование технологии цифровых абонентских линий - Digital Subscriber Line (DSL) на существующих медных кабелях [17];
- использование технологии Hybrid Fiber Coax (HFC) - гибридной волоконно-оптической сети абонентского доступа, в которой доведение сигналов от центральной станции до узлов доступа осуществляется по оптоволокну, а конечная разводка - по коаксиальному кабелю [10];
- использование различных стандартов беспроводного доступа, например, стандарта IEEE 802.11b - Wireless Fidelity (Wi-Fi), принятого в 1999г. и ориентированного на не лицензируемый диапазон частот 2,4 ГГц [13, 57, 65], и стандарта 802.16а - WiMAX.
Для транспортного уровня NGN все основные производители волоконно-оптических систем передачи разработали мультисервисные системы синхронной цифровой иерархии (Next - Gen SDH), обеспечивающие перенос пакетного трафика (в первую очередь Ethernet) через SDH. Для реализации Ethernet-транспорта оказалось достаточным модернизировать оконечные SDH-мультиплексоры.
В 2003г. MEF (Metro Ethernet Forum) принял спецификацию Ethernet Services Model Phase 1, которая стала первым формализованным описанием возможностей сетевых служб Ethernet для расширения действия технологий локальных сетей на городские (Metropolitan) и региональные (Wide Area Network - WAN) сети [11, 12].
Технология Ethernet, учитывая ее относительно невысокие стоимостные показатели, масштабируемость, изменение в большом диапазоне скорости передачи (от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с) становится определяющей на сетях передачи данных.
Другой важной для построения магистралей корпоративных сетей транспортной технологией является технология неплотного спектрального уплотнения - Coarse Wave Division Multiplexing (CWDM). В CWDM no одному волокну организуется 8-16 спектральных каналов, в то время как в системах плотного спектрального уплотнения Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) - на порядок больше. Применение систем передачи CWDM значительно дешевле (стоимость канала CWDM в три раза дешевле, чем в DWDM), проще с точки зрения проектирования, установки и обслуживания [15].
На уровне управления коммутацией и передачей центральное место в NGN занимает Softswitch - программный (гибкий) коммутатор, обеспечивающий управление обменом сообщениями между различными элементами многопротокольной NGN и сопряжение NGN с телефонной сетью общего пользования.
Программные коммутаторы поддерживают различные открытые протоколы, включая протоколы управления медиашлюзом (MGCP) и подсистемы интеллектуальной сети (INAP), выполняют функции конверторов сигнализации, через соответствующие шлюзы обеспечивают различные способы доступа к технологии транспорта. В программных коммутаторах применяются открытые протоколы и интерфейсы, поэтому предусмотрены специальные меры защиты против сетевых атак.
В настоящее время на российском рынке представлен широкий спектр этого оборудования как зарубежных, так и российских компаний [9, 14, 67]. На уровне услуг и управления услугами используется платформа IMS – IP Multimedia Subsystem.IMS (IP Multimedia Subsystem) — это спецификация стандартной архитектуры по управлению мультимедийными услугами на основе IP-протокола для сетей следующего поколения (NGN), обеспечивающая реальную конвергенцию услуг передачи речи и данных, предоставляемых различными поставщиками, через общую инфраструктуру IP-сети, с возможностью роуминга через различные виды доступа мобильных и фиксированных сетей [483]. Концепция IMS была разработана в 2002 г. консорциумом 3rd Generation Partnership Project (3GPP) для сетей 3G/WCDMA и стандартизована в спецификациях 3GPP R.5.
Услуги связи «пользователь-пользователь» с возможностями активации мультимедиа в реальном времени предоставляются в IMS при помощи механизмов инициации и управления сессиями (протокол SIF), управления качеством облуживания (QoS) и управления мобильностью пользователей.
| Рис. 20.3. Классификация типов оборудования NGN |
Классификация оборудования
Рис 20.3 Оборудование сети NGN
| Оборудование технологии NGN |
| Управления вызовом и коммутацией |
| Шлюзы |
| Терминальное оборудование |
| Серверы приложений |
| АТС с функциями контроллера шлюзов |
| Гибкий коммутатор (Softswitch/SX) |
| Резидентный шлюз доступа (Residental Access Gateway/RAGW) |
| Шлюз доступа (AccessGateway/AGW) |
| Транспортный (медиа) шлюз (Media Gateway/MG) |
| Сигнальный шлюз (Signaling Gateway) SG |
| Интегрированное устройство доступа (Integrated Access Device/IAD) |
| MEGACO - терминал |
| Н.323 - терминал |
| SIP - терминал |
- функция управления базовым вызовом, обеспечивающая прием и обработку сигнальной информации и реализацию действий по установлению соединения в пакетной сети;
- функция аутентификации и авторизации абонентов, подключаемых в пакетную сеть как непосредственно, так и с использованием оборудования доступа ТфОП;
- функция маршрутизации вызовов в пакетной сети;
- функция тарификации, сбора статистической информации;
- функция управления оборудованием транспортных шлюзов;
- функция предоставления ДВО. Реализуется в оборудовании гибкого коммутатора или совместно с сервером приложений;
- функция ОАМ&Р: эксплуатация, управление (администрирование), техническое обслуживание и предоставление той информации, которая не нужна непосредственно для управления вызовом и может передаваться к системе управления элементами через логически отдельный интерфейс;
- функция менеджмента: обеспечивает взаимодействие с системой менеджмента сети.
Терминальное оборудование — терминальные устройства, используемые для предоставления голосовых и мультимедийных услуг связи и предназначенные для работы в пакетных сетях.
Существует два основных типа терминальных устройств, предназначенных для работы в пакетных сетях: SIP-терминалы и Н.323-термина- лы. Данное оборудование может иметь как специализированное аппаратное (standalone), так и программное исполнение (softphone).
Шлюзы (Gateways) — устройства доступа к сети и сопряжения с существующими сетями. Оборудование шлюзов реализует функции по преобразованию сигнальной информации сетей с коммутацией пакетов в сигнальную информацию пакетных сетей, а также функции по преобразованию информации транспортных каналов в пакеты IP/ячейки ATM и маршрутизации пакетов IP/ячеек ATM. Шлюзы функционируют на транспортном уровне сети.
Для реализации возможности подключения к мультисервисной сети различных видов оборудования ТфОП используются различные программные и аппаратные конфигурации шлюзового оборудования:
- т ранспортный шлюз [Media Gateway (MG)] — реализация функций преобразования речевой информации в пакеты IP/ячейки ATM и маршрутизации пакетов IP/ячеек ATM;
- сигнальные шлюзы [Signalling Gateway (SG)] — реализация функции преобразования систем межстанционной сигнализации сети ОКС7 (квазисвязный режим) в системы сигнализации пакетной сети [SIGTRAN (MxUA)];
- транкинговый шлюз [Trunking Gateway (TGW)] — совместная реализация функций MG и SG;
- _шлюз доступа [Access Gateway (AGW)] — реализация функции MG и SG для оборудования доступа, подключаемого через интерфейс V5;
- резидентный шлюз доступа [Residential Access Gateway (RAGW)] — реализация функции подключения пользователей, использующих терминальное оборудование ТфОП/ЦСИС, к мультисервисной сети.
Сервер приложений. Используется для предоставления расширенного списка дополнительных услуг абонентам пакетных сетей или абонентам, получающим доступ в пакетные сети. Сервера приложений предназначены для выполнения функций уровня услуг и управления услугами.
Спецификация выполняемых функций зависит от реализуемой с помощью сервера услуги/группы услуг и не может быть сформулирована на абстрактном уровне.
АТС с функциями MGC — оборудование АТС, в котором помимо функций коммутации каналов реализованы функции по коммутации пакетов т. е. функции шлюзов и частично функция гибкого коммутатора. Функционально к такому оборудованию одновременно предъявляются требования - определенные как для гибкого коммутатора, так и для шлюзов.
Функциональная схема программного коммутатора
Рис 20.4 Обобщённая схема гибкого коммутатора в составе Сети Связи Общего Пользования
MGC – Media Gateway Controller – устройство управления шлюзами (контроллер шлюзов);
AS – Application Server – сервер приложений;
MS – Media Server;
SG – Signaling Gateway – сигнальный щлюз;
MG – Media Gateway – транспортный (медиа) шлюз;
AGS – Access Gateway Signaling – шлюз сигнализации доступа.
Рис 20.4 Плоскости NGN
Транспортная плоскость.
Транспортная плоскость (transport plane) отвечает за транспортировку сообщений по сети связи.
Транспортная плоскость делится на три домена:
· домен транспортировки по протоколу IP,
· домен взаимодействия;
· домен не-IР-доступа.
Домен транспортировки по протоколу IP (IP transport domain) поддерживает магистральную сеть и маршрутизацию для транспортировки пакетов через сеть NGN. К этому домену относятся такие устройства, как коммутаторы, маршрутизаторы, а также средства обеспечения качества обслуживания QoS.
Домен взаимодействия (interworking domain) включает в себя устройства преобразования сигнальной или пользовательской информации, поступающей со стороны внешних сетей, в пригодный для передачи по сети NGN вид, а также обратного преобразования. В этот домен входят такие устройства, как шлюзы сигнализации (signaling gateways), обеспечивающие преобразование сигнальной информации между разными транспортными уровнями, транспортные шлюзы или медиашлюзы (media gateways), выполняющие функции преобразования пользовательской информации между разными транспортными сетями и/или разными типами мультимедийных данных, и шлюзы взаимодействия (interworking gateways), обеспечивающие взаимодействие различных протоколов сигнализации на одном транспортном уровне.
Домен не-IР-доступа (non-IP access domain) предназначен для организации доступа к сети NGN различных не-IР-терминалов. Он состоит из шлюзов (Access Gateways, AG) для подключения учрежденческих АТС, аналоговых кабельных модемов, линий xDSL, транспортных шлюзов для мобильной сети радиодоступа стандарта GSM/3G (RAN), а также средств интегрированного абонентского доступа IAD и других устройств доступа. Что же касается IP-терминалов, например," SIP-телефонов, то они подключаются к домену транспортировки по протоколу IP без участия AG.