<< ПредыдущаяОглавлениеСледующая >>


7.4. Современные тенденции развития телекоммуникационных сетей

      Современное состояние телекоммуникационных сетей можно определить термином «движение к совершенству». Вряд ли можно предугадать, как они будут выглядеть в будущем, сколько поколений сетей и технологий предстоит еще пройти. Однако уже сегодня видны первые наработки: мощные сети передач и коммутации пакетов, высокоскоростные линии доступа, оптические телекоммуникационные технологии и т. д., которые и определяют следующие поколения телекоммуникационных сетей.

      Сети связи для предоставления услуг телефонии появились в начале XX века и за последующее время претерпели ряд изменений с точки зрения емкости, скорости обмена, используемых технологий и функций узлов коммутации. В настоящее время принято выделять три основных этапа развития телефонных сетей общего пользования, оборудование которых продолжает активно использоваться. Схемы распределения функций узла коммутации в различных сетевых конструкциях, рассматриваемых ниже, представлены на рис. 7.3.

1 001

Рис. 7.3

      Сети первого поколения – это традиционные телефонные сети, или POTS (Plain Old Telephone Service), которые включают в себя совокупность технологических и структурно-сетевых решений, использовавшихся для построения сетей до появления концепции цифровых сетей с интеграцией служб (Integrated Service Digital Network - ISDN). К POTS относят сети, использующие аналоговые системы передачи и узлы коммутации декадно-шаговых, координатных, квазиэлектронных и ранних версий цифровых систем коммутации.

      С появлением цифровых систем передачи с середины 1980-х годов начала развиваться сетевая концепция ISDN. Несмотря на то, что при этом первоначально предполагалось создание интегральной сети, позволяющей предоставлять в рамках единой сетевой структуры различные виды услуг связи, основным приложением осталась услуга телефонии.  Сети ISDN предусматривали использование цифровых систем передачи и цифровых узлов коммутации. При этом, для организации взаимодействия аппаратуры узлов коммутации между собой и с подключаемым терминальным оборудованием были  разработаны  достаточно  мощные  системы  сигнализации, позволяющие                                                        

передавать не только сигнальную информацию, связанную с установлением базового вызова, но и сведения, относящиеся к состоянию элементов сети связи,  маршрутизации    вызовов, согласованию параметров передачи и т. д.      В связи с тем, что к моменту появления решений на основе концепции ISDN уже были созданы достаточно мощные сетевые структуры в рамках POTS, вновь внедряемое оборудование должно было обеспечить взаимодействие с существующими сетевыми фрагментами без снижения качества их работы и сокращения функциональных возможностей по предоставлению услуг доступа. До последнего времени существующая сетевая структура для предоставления услуг телефонии включает в свой состав сетевые фрагменты как на основе решений POTS, так и на основе ISDN. При этом наблюдается тенденция постепенного замещения морально устаревающего телекоммуникационного оборудования первого поколения.

      В конце 90-х годов с появлением Интернета основными пользователями стали физические лица, что привело к увеличению разветвленности и повышению емкости сети. В результате возникла потребность в сетевой структуре, не уступающей по своим масштабным характеристикам телефонной сети  общего пользования (ТфОП). Однако использование двух параллельных сетевых структур по экономическим и эксплуатационным показателям было не эффективным. Это потребовало разработки технологических решений, обеспечивающих передачу различных видов информации и предоставления различных видов услуг связи в рамках единой сетевой структуры. В основе такого решения должен был лежать единый метод передачи информации на основе коммутации пакетов. Формирование этого метода привело к появлению сетей третьего поколения – сетей NGN (Next Generation Network).

      Первое из этих решений – идея гибкого программного коммутатора (softswitch) как средства централизованного управления  VoIP-сетью, то есть набором VoIP-шлюзов. В каком-то смысле появление концепции softswitch было реакцией «телефонного» сообществ на развитие IP-технологий. Заменив телефонные коммутаторы на шлюзы (media gateways), и установив softswitch в качестве центрального управляющего элемента, задающего логику маршрутизации вызовов между шлюзами, получили что-то похожее на телефонную сеть. Таким образом, softswitch «отвечает» за работу сети в целом (реализация общих для всей сети правил, обеспечение интеллектуальной динамической маршрутизации, централизованные номерные планы, взаимодействие с сетью сигнализации ОКС 7).

      Обобщенная концепция такого построения сети получила название сети связи следующего поколения (Next Generation Network, NGN). NGN – это гетерогенная мультисервисная сеть, основанная на пакетной коммутации, и обеспечивающая предоставление практически неограниченного спектра телекоммуникационных услуг. При этом предполагалось, что  NGN в качестве технических средств будет использовать аппаратно – программные средства, ориентированные на стек протоколов TCP/IP. 

      Следует отметить, что понятие «сеть  NGN», как и более раннее «сеть ISDN», является технологическим, то есть определяет вид сетей связи по принципу используемой технологии, а не по принципу предоставления услуг. Это означает, что ТфОП остается сетью, предназначенной для предоставления услуг телефонии независимо от того, какой технологический базис используется для ее построения. Такая сеть должна поддерживать передачу разнородного трафика с различными требованиями к качеству обслуживания и обеспечивать соответствующие запросы оператора и абонентов. 

       Таким образом, идеология NGN представляет собой передачу любой информации в единой форме представления – IP-пакете. Традиционные сети не могут поддерживать обмен трафиком в формате IP. Этот факт подразумевает необходимость реконструкции всей архитектуры сети: транспортной инфраструктуры, уровня доступа и сетевой иерархии. Остановимся более подробно на каждом из этих элементов.          

Транспортный уровень

      В большинстве российских регионов транспортная сеть имеет ряд особенностей, существенных с точки зрения перевода их на IP-технологии. Важнейшими из них считаются использование устаревших линий передачи,  чрезмерная удаленность и труднодоступность некоторых населенных пунктов. От технологий, используемых на уровне NGN, во много зависит качество работы всей сети и количество предоставляемых сервисов. В качестве транспорта  могут  быть  использованы  АТМ,  MPLS,  Ethernet  и  другие сети.

      Технология АТМ более адаптирована к применению  NGN, прежде всего благодаря наличию встроенных механизмов обеспечения заданного качества сервиса, возможности адаптации к разнородному трафику данных, гибкого перераспределения полосы пропускания между различными сервисами. Эта достаточно дорогая технология применяется, прежде всего, в больших сетях, что обусловлено ее надежностью и гибкостью. В качестве транспортной среды передачи технология АТМ часто использует SDH. Такое сочетание позволяет добиться высочайшей надежности и управляемости транспортной сети.

      Сети IP, основанные на Ethernet-коммутаторах и маршрутизаторах, это наиболее дешевое решение, а потому достаточно часто встречающееся в небольших сегментах NGN. Такие сети просты в проектировании и эксплуатации, легко наращиваются и модернизируются, однако, они имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение в качестве транспортной среды для NGN. Основной из них – недостаточная адаптированность к пропуску разнородного трафика, особенно потоков данных, используемых наиболее востребованными приложениями (VoIP,Video IP). При использовании             IP-сетей очень сложно обеспечить требуемое качество работы таких приложений. Единственный выход – это увеличение пропускной способности магистралей, что не всегда приводит к положительному результату.

      Развитие технологии Ethernet привело к появлению нового транспорта – PoS (Pocket over SDH/SONET), или New Gen SDH (NG SDH). По сути, это симбиоз двух хорошо знакомых технологий  Ethernet и SDH/SONET. Такая технология имеет преимущества системы передачи SDH, характеризующейся высочайшей надежностью и управляемостью сети IP, позволяющей предоставлять все необходимые услуги передачи пакетного трафика, включая такие приложения как VPN, VoIP и др.

      Другое направление развития IP-сетей – это использование оптических кабелей в качестве среды передачи непосредственно. Наращивание скорости передачи до 1 или 10 Гбит/с подразумевает использование оптических технологий и создание так называемого Optical Ethernet. В городах строительство транспортных оптических сетей оправдывается наличием потребительского спроса на широкополосные услуги и территориальной концентрацией абонентов. Возможность построения подобной транспортной сети в сельской местности на сегодняшний день довольно призрачна.  Однако даже с учетом огромной полосы пропускания каналов такая IP-сеть методологически несет в себе все недостатки «младших» Ethernet.       Дальнейшее совершенствование IP-сетей привело к созданию MPLS.         

      Технология MPLS изначально задумывалась как средство снижения нагрузки на маршрутизаторы и адаптации  IP-сетей к разнородному трафику данных. Она давала путь сопряжения сетей IP и АТМ и закономерно стала одной из технологий транспортного уровня NGN. Это произошло, прежде всего, благодаря реализованным на ее основе приложениям: управление трафиком, таким как TE (Traffic Engineering), виртуальные частные сети (VPN), быстрое восстановление соединений - FRR (Fast Re-Route), обеспечение качества обслуживания. Технология  MPLS заключается в том, что устройства опорной сети передают пакеты только с использованием меток и не анализируют заголовки IP-пакетов. В точке выхода метки удаляются,  пакеты передаются в пункт назначения. Таким образом, на основе метки осуществляется ускоренная коммутация пакетов в узлах сети, дифференцируется трафик и поддерживается сквозное качество услуг IP-сети [34]. Технология  MPLS позволяет строить множество виртуальных частных  IP-сетей с собственной (изолированной) системой IP-адресации на базе единой транспортной сети и, таким образом, может служить основой для построения масштабируемых мультисервисных сетей. Сегодня большинство производителей оборудования  NGN, так или иначе, декларируют поддержку технологии MPLS.

Уровень доступа

      На современном этапе развития инфокоммуникационной системы формируется спрос на услуги, требующие существенного расширения пропускной способности доступа. Решение данных задач может осуществляться за счет использования проводных и беспроводных средств связи. На рис 7.4 и 7.5 представлены основные этапы развития сетей доступа и систем коммутации.

Tatyana 023

Рис. 7.4

Tatyana 043

Рис. 7.5    

      На заре развития связи ручные коммутаторы, установленные в городских телефонных сетях (ГТС) были основой телефонной сети общего пользования  (ТфОП). Позже они были вытеснены автоматическими телефонными станциями (АТС). На рис. 7.4 представлены три типа АТС: декадно-шаговые, координатные и цифровые. Кроме того, в телефонных сетях применялись также машинные АТС. Между координатными и цифровыми АТС на телекоммуникационном рынке – в небольших объемах – появилось квазиэлектронное коммутационное оборудование. Цифровые системы коммутации, по всей видимости, – последнее поколение АТС. На смену им приходят системы распределения информации, отвечающие требованиям  NGN.

       Развитию сетей доступа свойственны иные законы. После появления двухпроводных абонентских линий начался период, который можно назвать стагнацией. Двухпроводные физические цепи надолго стали единственным средством построения сетей доступа, хотя экономически он был и остается     не эффективным. Долгое время другого решения не было.  Период стагнации сменился почти одновременным появлением множества решений, среди которых можно выделить три крупных направления: xDSL (цифровой тракт по физически цепям), FTTx (доведение кабеля с оптическими волокнами до некоторой точки «x», BWA (широкополосные беспроводные средства доступа, которые ориентированы на подключение терминалов без использования кабелей связи) (рис. 7.5).  В семейство решений BWA входит и технология WiMAX. В связи с тем, что все новые системы доступа появились практически одновременно, каждой из систем приходится доказывать свое преимущество и определять оптимальную сферу своего применения.                                         

      С уровнем доступа чаще всего сталкиваются клиенты сети. Под термином «доступ» подразумевается очень широкое понятие от цифровых абонентских линий до пограничных шлюзов и конвергентной сигнализации. Доступ в общем виде – это все оборудование, которое связывает сеть NGN с традиционными  TDM – сетями и даже небольшими локальными сетями передачи данных. Естественно, здесь нельзя забывать и абонентов сети. Можно выделить несколько способов включения их в сеть следующего поколения. Наиболее интересный – это непосредственное подключение пользователей к пакетной сети через IP-телефоны. Такое подключение наиболее «удобно» с точки зрения NGN, предоставление мультимедийного трафика, управления ресурсами сети. Однако в силу многих технологических трудностей, связанных с невозможностью доставить к абоненту сеть Ethernet или MPLS в чистом виде, операторы не могут оказать такой услуги. IP-телефонами чаще всего пользуются корпоративные абоненты, постоянно работающие в интегрированной локальной NGN сети. Остальные абоненты включаются в сеть через широкополосную сеть доступа. Природа такого подключения может быть разной: DSL-системы, использующие медные кабельные пары (наиболее часто встречающийся тип), системы кабельного телевизионного вещания, активно развивающиеся сейчас беспроводные системы (Wi-Fi и WiMAX), оптические технологии доступа, например, PON. Объединяет их одно – в качестве конечного интерфейса абоненту они предоставляют IP-подключения, которые дают возможность использовать интеллектуальный терминал с доступом к большому количеству дополнительных сервисов. Гораздо сложнее ситуация с подключением абонентов TDM –сетей. Единственный возможный вариант для них – это опосредованное включение в NGN через шлюзы стандартной телефонии. Естественно абоненты «старой» сети не могут получить всего перечня услуг, доступного IP-абонентам, но даже здесь NGN позволяет предоставлять некоторые услуги цифровой сети нового поколения всем абонентам.

       С экономической точки зрения наиболее оптимальным решением выглядит введение в эксплуатацию оборудования, способного включаться как в традиционные сети с коммутацией каналов (по тракту Е1 через интерфейсы V5.2 и PRI), так и в перспективные сети с коммутацией пакетов (по протоколам SIP, MGCP, MEGACO/H.248). Одним из примеров такого типа оборудования может послужить мультисервисный абонентский концентратор (Media Gateway, MG).

      Media Gateway, MG – это представитель оборудования нового поколения для предоставления абонентам услуг интегрированного широкополосного доступа. Он обеспечивает доступ к традиционным сетям ТфОП, к сетям передачи данных и к мультисервисным сетям NGN.  В случае поддержки одной или нескольких технологий семейства  DSL такой концентратор может использоваться в качестве IP DSLAN .

      В сельских сетях применение концентраторов предпочтительно ввиду нерациональности использования больших АТС в сетях малой емкости.

 

Технологии xDSL

      Главное достоинство хDSL-технологий состоит в возможности одновременного предоставления по одной медной паре как телефонной связи, так и высокоскоростной передачи данных [35]. 

      Сегодня на рынке индивидуального доступа одна из наиболее экономических технологий DSL – асимметричная ADSL . Однако пропускная способность линии ADSL снижается с увеличением расстояния, а также вследствие дефектов кабелей или установки цепей коррекции.

      В качестве главного технологического конкурента ADSL специалисты рассматривают симметричный доступ SHDSL, использующий более эффективный линейный код и занимающий узкую полосу частот при любой скорости. Более того, спектральная плотность сигнала SHDSL имеет форму, обеспечивающую его почти идеальную совместимость с сигналами ADSL, что является чрезвычайно важным обстоятельством для обеспечения устойчивой работы в условиях широкого внедрения технологий xDSL в будущем.

      Рынок пока не пришел к однозначному выводу о том, какая из технологий – ADSL или SHDSL – более перспективна, поэтому в концентраторах MG целесообразно предусмотреть поддержку обеих технологий.

Беспроводный IP-доступ

      Одна из самых привлекательных областей использования технологии WiMAX – телефонная сеть общего пользования. Это обусловлено тем, что именно ТфОП фактически стала базой для создания NGN-сети связи следующего поколения. Возможные сферы применения технических средств, которые основаны на технологии WiMAX, обусловлены многими факторами.

     Для  городских телефонных сетей (ГТС) (с учетом ее трансформации в сеть следующего поколения) можно выделить три основных варианта использования технологии WiMAX (рис. 7.6).

Tatyana 007

Рис. 7.6

       Первый вариант использования WiMAX – подключение выносных модулей в тех случаях, когда организация тракта до АТС средствами проводной связи не представляется целесообразной, например, площадь, парк.  В качестве такого модуля показан мультисервисный абонентский концентратор (МАК) под индексом МАК 1. Если в одном здании с АТС2 расположено оборудование WiMAX, то передачу широкополосной информации можно осуществить на основе использования беспроводного доступа, т. е. МАК1 включается в АТС2 с помощью транспортных ресурсов системы WiMAX.

      Второй вариант – обеспечение быстрого подключения новых клиентов.       В левой части рисунка такая возможность показана для МАК и двух учрежденческих АТС (УАТС).

      Третий вариант применения технологии WiMAX представлен в правой нижней части рисунка. Он может быть эффективен для повышения надежности доступа для некоторых групп пользователей. В частности, для абонентов, включенных в МАК3, организуется два независимых по условиям распространения пути установления соединений: через АТС2 и АТС3.

      В сельской местности прокладка оптико-волоконных линий не всегда бывает экономически оправданной. В сельской местности сельские телефонные сети (СТС) служат основой для поддержки большинства других видов обслуживания. В некотором смысле интеграционные процессы в СТС более ощутимы, чем в ГТС. Поэтому вопросы применения технологии WiMAX следует рассматривать с точки зрения формирования NGN. Предполагаемое развитие СТС на базе технологии WiMAX представлено на рис. 7.7.

     Сеть IP, в которой показатели качества обслуживания обеспечиваются за счет технологии многопротокольной коммутации по меткам (MPLS), создается Оператором заранее. Она обеспечивает выход в СТС и доступ в Интернет. Первый из установленных концентраторов (МАК1) удален от точки подключения к сети IP/MPLS на 4 км. Даже при  таком небольшом расстоянии технология WiMAX экономичнее по сравнению с вариантами прокладки кабеля или строительства радиорелейной линии. Очевидно, что планируемая установка следующих концентраторов, которые будут расположены на расстояниях до 30 км от точки подключения к сети, экономически выгодна.  

Tatyana 0100

Рис. 7.7

Сетевая иерархия

      В модернизированной сети работой концентраторов MG управляет мультисервисный коммутатор доступа Media Gateway Controller  (MGC), выполняющий функции Softswitch.

      Для организации внутризоновой, междугородной и международной связи  MGC включают в магистральный или транзитный коммутатор, что определяется принципом организации дальней связи, принятым в регионе. При этом MG функционирует как вынос от центральной станции. Такое включение целесообразно для большинства групп пользователей.

      Для взаимодействия оборудования  MG и MGC чаще всего используются проколы SIP или H.248. Оборудование технического обслуживания для сбора аварийных сигналов, контроля состояния аппаратно-программных средств и ведение статистики чаще всего поддерживается протоколом SNMP.

      Для связи MGC с уже эксплуатируемыми коммутационными станциями целесообразно устанавливать шлюзы (IP-Telephony Gatewav, ITG). Эти шлюзы обеспечивают взаимодействие с любыми (по типу оборудования и уровню иерархии) станциями ТфОП за счет поддержки сигнализации по E-DSS1, ОКС7 и 2ВСК.

      Весьма эффективное использование ITG обеспечивается в тех случаях, когда они состоят из тех же аппаратно-программных средств, которые применяются для построения MG. При последующей замене старых коммуникационных станций на MG в оборудование шлюза необходимо лишь вставить дополнительные платы и добавить соответствующее программное обеспечение. Такое решение приводит к тому, что шлюзы, в отличие от большинства используемых ныне конверторов, при модернизации сети не утилизируются, а преобразуются в MG. Данный подход способствует снижению расходов на модернизацию телефонной сети.

Уровень управления

      Все многообразие устройств, которые транслируют и коммутируют трафик данных, преобразуют информацию, заложенную в пакеты, в стандартную телефонную сигнализацию и соединения, сопрягают цифровые сети различной природы, терминируют на себе различные виды трафика, управляется из одного мощного ядра. Это третий уровень NGN – управляющий. 

      Данный уровень часто связывают с таким понятием, как SoftSwitch.        Основная функция третьего уровня NGN – управление соединением абонента А с абонентом Б. Занимается этим специализированный сервер, или «сервер соединений» – по терминологии SoftSwitch. Большая мощность и производительность подобных серверов – важное условие бесперебойной работы сети. Кроме того, при проектировании SoftSwitch учитывают специфические факторы IP-сетей – это необходимость обеспечения параметров качества обслуживания (QoS) сети VoIP, разделение маршрутов потоков голоса и данных, управление маршрутизацией при наличии довольно пестрого спектра устройств: маршрутизаторов, конверторов сигнализации, пограничных контроллеров, шлюзов, прокси-серверов, абонентских терминалов, мультиплексоров и контроллеров абонентского доступа различной природы.

Уровень услуг

     Последним уровнем NGN принято считать уровень приложений. Его задача – обеспечение всего спектра услуг, доступного на сетях следующего поколения.   Идеология      построения   NGN    обеспечивает     возможность предоставления

абонентам услуг Triple-Play (передача речи, данных и видео) на базе мультисервисных сетей, создаваемых путем модернизации существующих сетей электросвязи.

     Переход к NGN открывает практически неограниченные возможности по реализации услуг и для корпоративного сектора. В традиционных сетях такие услуги предоставляются локальными операторами, и их подключение нередко требует больших временных или финансовых затрат. В случае использования однородной IP-среды существует единый набор услуг для всех пользователей. Механизм их подключения также заметно упрощается: достаточно выбрать интересующую услугу из списка и послать соответствующий запрос. Уже сегодня популярны новые широкополосные услуги: «видео по требованию», «расширенное телевидение» (ТВ+Интернет), ТВ – коммерция и т. д. [36].

       Таким образом, переход к сетям нового поколения предопределен. Перспективным направлением модернизации выглядит постепенный переход к NGN за счет внедрения в традиционные сети оборудования, способного работать с технологиями обоих поколений.

 



<< ПредыдущаяОглавлениеСледующая >>