Формализация задач при проектировании современных

· для предоставления инфокоммуникационных услуг зачастую необходимы сложные многоточечные конфигурации соединений;

· для инфокоммуникационных услуг характерно разнообразие прикладных протоколов и возможностей по управлению услугами со стороны пользователя;

· для идентификации абонентов инфокоммуникационных услуг может использоваться дополнительная адресация в рамках данной инфокоммуникационной услуги.

Большинство инфокоммуникационных услуг являются "приложениями", т.е. их функциональность распределена между оборудованием поставщика услуги и оконечным оборудованием пользователя. Как следствие, функции оконечного оборудования также должны быть отнесены к составу инфокоммуникационной услуги, что необходимо учитывать при их регламентации.

К инфокоммуникационным услугам предъявляются такие требования, как:

· мобильность услуг;

· возможность гибкого и быстрого создания новых услуг;

· гарантированное качество услуг.

Большое влияние на требования к инфокоммуникационным услугам оказывает процесс конвергенции , приводящий к тому, что инфокоммуникационные услуги становятся доступными пользователям вне зависимости от способов доступа.

Принимая во внимание рассмотренные особенности инфокоммуникационных услуг, могут быть определены следующие требования к ССП:

· мультисервисность - под которой понимается обеспечение независимости технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

· широкополосность - под которой понимается возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;

· мультимедийность, под которой понимается способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

· интеллектуальность, под которой понимается возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;

· инвариантность доступа, под которой понимается возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;

· многооператорность, под которой понимается возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с областью деятельности.

При формировании требований к ССП необходимо учитывать особенности деятельности поставщиков услуг. В частности, современные подходы к регламентации услуг присоединения предусматривают доступ поставщиков услуг, в том числе и не обладающих собственной инфраструктурой, к ресурсам сети общего пользования. При этом к основным требованиям, предъявляемым поставщиками услуг к сетевому окружению, относятся:

· обеспечение возможности работы оборудования в "мультиоператорской " среде, т.е. увеличение числа интерфейсов для подключения к сетям сразу нескольких операторов связи, в том числе на уровне доступа;

· обеспечение взаимодействия узлов поставщиков услуг для их совместного предоставления;

· возможность применения "масштабируемых " технических решений при минимальной стартовой стоимости оборудования.

Существующие сети связи общего пользования с коммутацией каналов (ТфОП) и коммутацией пакетов (СПД) в настоящее время не отвечают перечисленным выше требованиям. Ограниченные возможности традиционных сетей являются сдерживающим фактором на пути внедрения новых инфокоммуникационных услуг.

С другой стороны, наращивание объемов предоставляемых инфокоммуникационных услуг может негативно сказаться на показателях качества обслуживания вызовов базовых услуг существующих сетей связи.

Все это вынуждает учитывать наличие инфокоммуникационных услуг при планировании способов развития традиционных сетей связи в направлении создания сетей связи следующего поколения.

Таким образом, резюмируя все вышеизложенное отметим, что в основу концепции построения сети связи следующего поколения положена идея о создании универсальной сети, которая бы позволяла переносить любые виды информации, такие как речь, видео, аудио, графику и т. д., а также обеспечивать возможность предоставления неограниченного спектра инфокоммуникативных услуг.

Базовым принципом концепции ССП является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами.

ССП потенциально должна объединять существующие сети связи (телефонные сети общего пользования - ТфОП, сети передачи данных - СПД, сети подвижной связи - СПС), и содержать следующие характеристики:

· сеть на базе коммутации пакетов, которая имеет разделенные функции управления и переноса информации, где функции услуг и приложений отделены от функций сети;

· сеть компонентного построения с использованием открытых интерфейсов;

· сеть, поддерживающая широкий спектр услуг, включая услуги в реальном времени и услуги доставки информации (электронная почта), в том числе мультимедийные услуги;

· сеть, обеспечивающая взаимодействие с традиционными сетями электросвязи;

· сеть, обладающая общей мобильностью, т.е. позволяющая отдельному абоненту пользоваться и управлять услугами независимо от технологии доступа и типа используемого терминала и предоставляющая абоненту возможность свободного выбора поставщика услуг.

Построенная на основе концепции ССП сеть обладают следующими преимуществами перед традиционными сетями электросвязи.

1. Для оператора:

· построение одной универсальной сети для оказания различных услуг;

· повышение среднего дохода с абонента за счет оказания дополнительных мультимедийных услуг;

· оператор ССП может наиболее оптимально реализовывать полосу пропускания для интеграции различных видов трафика и оказания различных услуг;

· ССП лучше приспособлена к модернизации и расширению;

· ССП обладает легкостью в управлении и эксплуатации;

· оператор ССП располагает возможностью быстрого внедрения новых услуг и приложений с различным требованием к объему передаваемой информации и качеству ее передачи.

2. Для пользователя:

· абстрагирование от технологий реализации услуг электросвязи (принцип черного ящика);

· гибкое получение необходимого набора, объема и качества услуг;

· мобильность получения услуг.

Одной из основных целей построения ССП, как уже отмечалось ранее, является расширение спектра предоставляемых услуг.

· услуги службы телефонной связи (предоставление местного телефонного соединения, междугороднего телефонного соединения, международного телефонного соединения);

· услуги служб передачи данных (предоставление выделенного канала передачи данных, постоянного и коммутируемого доступа в сеть Интернет, виртуальных частных сетей передачи данных);

· услуги телематических служб ( "электронная почта ", "голосовая почта ", "доступ к информационным ресурсам ", телефония по IP-протоколу, "аудиоконференция " и "видеоконференция ");

· услуги служб подвижной электросвязи;

· услуги поставщиков информации: видео и аудио по запросу, "интерактивные новости " (для пользователя реализуется возможность просмотра, прослушивания и чтения информации о произошедших за какое-то время событиях), электронный супермаркет (пользователь выбирает товар в "электронном магазине ", получает подробную информацию о его потребительских свойствах, цене и пр.), дистанционное обучение и др.

Таким образом, ССП призваны поддерживать как уже существующее, так и новое оконечное оборудование, включая аналоговые телефонные аппараты, факсимильные аппараты, оборудование ЦСИС (цифровая сеть с интеграцией служб), сотовые телефоны различных стандартов, терминалы телефонии по IP-протоколу (SIP и H.323), кабельные модемы и т.д.

Услуги ССП используют различные способы кодирования и передачи и включают в себя: многоадресную и широковещательную передачу сообщений, передачу чувствительного и нечувствительного к задержкам трафика, услуги обычной передачи данных, услуги реального масштаба времени, диалоговые услуги.

3. Основы проектирования современных сетей следующего поколения

3.1 Основы проектирования сетей следующего поколения

В данном разделе приводится перечень задач, которые должны решаться при проектировании ССП.

Для создания ССП в перую очередь необходима разработка нормативной базы, обеспечивающей внедрение ССП услуг при учете международных норм и стандартов. Недостаточность нормативной базы, относящейся к вопросам построения ССП, может привести к техническим решениям, неадекватным текущему состоянию сетей связи общего пользования. Поэтому основной задачей является разработка отраслевой нормативной базы, определяющей вопросы скоординированного и обоснованного применения сетевых технологий при переходе к сетям следующего поколения.

Законодательная и нормативно-правовая база должна учитывать современные тенденции развития телекоммуникаций с учетом национальных приоритетов.

Многие существующие нормативно-правовые акты, как правило, ориентированы в основном на старую архитектуру сетей и не учитывают специфику ССП, которые строятся по распределенному принципу. Например, один софтсвитч вполне может обслуживать абонентов с разными зоновыми кодами, однако согласно существующим правилам такое регулирование в старых документах запрещено. Может возникат ситуации, когда на некоторых площадках оборудование буквально выстроено в ряд -- местная, зоновая, междугородняя и международная связь. В результате в тех проектах, где вполне можно было бы обойтись одним-двумя софтсвитчами и несколькими медиашлюзами, придется устанавливать не менее десятка софтсвитчей. Очевидно, это создаст для специалистов много проблем и приводит к необоснованному росту их затрат.

В существующих правовых документах необходима корректировка нормативной базы с целью приведения ее в соответствие с новыми подходами построения перспективных сетей связи, прежде всего, правил оказания инфотелекоммуникационных мультисервисных услуг и порядка присоединения и взаимодействия компонентов ССП, оказывающих инфотелекоммуникационные мультисервисные услуги.

Далее, требуется создать концепцию построения ССП в качестве основополагающего документа, определяющего ее базовую организационно-техническую модель и принципы реализации инфокоммуникационной сетевой архитектуры.

В концептуальном документе должны найти отражение вопросы государственной политики, обеспечения приоритетов и интересов государства в отрасли, национальной безопасности в телекоммуникациях, а также научно-технические, экономические, структурные, организационные, правовые, инвестиционные, кадровые и другие решения, необходимые для устойчивого функционирования и развития.

Кроме законодательных и концептуальных документов создания и развития сетей ССП необходимо решить и ряд инженерных проблем.

Сети следующего поколения должны образовать единое телекоммуникационное пространство. Для этого необходимы системные решения по присоединению, взаимодействию, порядку обмена трафика между сетями пакетной коммутации и сетями коммутации каналов. Дело в том, что различные производители сетевого оборудования применяют различные официальные версии протоколов (например, фирма «Alcatel» в поставляемом сетевом оборудовании применяет протокол SIP-1, а фирма «Nortel Networks» -- протокол SIP-T, что при объединении их в единую сеть приводит к определенным нестыковкам).

Необходимо разработать руководящие документы, определяющие технические спецификации протоколов и интерфейсов, которые применяются в ССП, а также руководящие технические материалы, определяющие системно-сетевые решения и порядок их применения.

Развитие национальной сети целесообразно осуществлять в двух направлениях.

Первое - постоянное проведение маркетинговых исследований и выявление потребностей в различных инфокоммуникационных услугах связи и услугах доступа к информации во всех регионах республики.

Второе - отслеживание мировых тенденций сетевых и информационных технологий и опыта их внедрения.

ССП открывают перед специалистами широкие перспективы по предоставлению абонентам мультимедийных услуг и конвергенции фиксированной и мобильной, а также проводной и беспроводной связи. Переход к новым технологиям предполагает строительство принципиально новой инфраструктуры. Это обусловлено тем, что для реализации мультимедийных услуг требуется соответствующее развитие сетей связи -- как транспортной инфраструктуры, так и подсистем коммутации, доступа и управления.

Существуют различные способы перехода к ССП, которые предполагают создание сетей с радикальным изменением ее структуры или без изменения или с изменением структуры по заранее выбранному плану.

В частности, один из подходов предусматривает установку рядом с каждой АТС мультисервисного абонентского концентратора (МАК) , который выполняет функции выносного модуля функционирующей автоматической телефонной станции (АТС) и коммутатора доступа ССП. По другому способу каждая АТС после ее вывода из коммерческой эксплуатации заменяется одним МАК, и структура сети не изменяется.

На практике все методики, созданные для расчета и проектирования сетей телефонии, для планирования сетей ССП не пригодны. Это связано с тем, что в отличие от традиционных, в сетях ССП нет монолитных сетевых узлов, в которых сконцентрированы все функции. Сети ССП имеют компонентное построение с использованием различных функциональных модулей.

Поэтому способы их построения должны быть тщательно проработаны и связаны с текущим состоянием существующих сетей связи. Применяемые технические решения должны также обеспечить безопасность и устойчивость функционирования, как отдельных подсистем, так и всей мультисервисной сети.

Основная причина, сдерживающая развитие сетей следующего поколения, заключается в отсутствии развитой инфраструктуры, характерной для телефонной сети общего пользования и недостаточном развитии сети доступа. (Под сетью доступа в данном случае понимается системно-сетевая структура, необходимая для организации подключения пользователей к ресурсам региональных сетей и состоящая из абонентских линий, узлов доступа и систем передачи).

Проблема создания сетей следующего поколения должна сводится к поэтапному объединению традиционных сетей связи на основе универсальной управляемой распределенной транспортной платформы, позволяющей осуществлять транспортировку разнотипных потоков данных.

Другими словами, проектирование мультисервисных сетей должно основываться на максимально эффективном использовании ресурсов уже построенной цифровой инфраструктуры и обеспечивать экономическую эффективность за счет широкого использования услуг, предоставляемых региональными мультисервисными сетями.

Исходя из этого, в архитектуре ССП можно выделить два уровня:

· первый - региональный, на котором обеспечивается подключение або-нентов и предоставление им транспортных, инфокоммуникационных и других услуг;

· второй - магистральный, обеспечивающий предоставление услуг переноса для взаимодействия мультисервисных сетей разных регионов, а также для передачи нагрузки всех существующих сетей.

Объединение мультисервисных сетей межрегиональных компаний в единую информационную транспортную систему должно происходить при помощи магистральных сетей с высокой пропускной способностью, использующих технологии пакетной коммутации.

Подключение новых абонентов и удовлетворение потребности в услугах уже имеющихся абонентов необходимо осуществлять путем создания современных сетей доступа, которые способны обеспечить возможность предоставления всего пакета услуг ССП. Внедрение в ССП новых сетей доступа не должно исключать поддержку существующих способов доступа к ресурсам сети.

Таким образом, сети следующего поколения - мультисервисные сети должны представлять собой единую национальную информационно-телекоммуникационную инфраструктуру, входящую в мировое информационное пространство и поддерживающую все виды трафика (данные, голос, видео). Она должна предоставлять все виды услуг (традиционные и только появляющиеся, базовые и дополнительные) в любой точке рассматриваемого региона, в любое время, в любом наборе и объеме, с дифференцированным гарантированным качеством и по ценам, удовлетворяющим самые различные категории пользователей.

Ограниченное финансирование проектов по созданию МСС приводит к тому, что на первом этапе строится магистраль с существенным избытком канальной емкости. Построение же развитой сети доступа обычно откладывается на последующие этапы, что приводит к нарушению механизма окупаемости - значительное количество магистральных pecypсов оказывается незадействованным из-за отсутствия потребителей или невозможности получить доступ к магистрали на различных участках сети. Целесообразным решением при создании новых сетей представляется движение не от технологий, а от оценки спектра и объема услуг мультисервисной сети.

Транспортная подсеть является одной из основных компонент ССП. Она во многом предопределяет основные характеристики качества предоставляемых услуг.

Специалистами и разработчиками установлено, что перспективной технологической основой транспортной подсети считается связка протоколов IP - MPLS - АТМ (IP - Internet Protocol - Интернет протокол; MPLS - Multi Protocol Label Switching - многопротокольная коммутация меток; ATM - Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим переноса информации). Такое компромиссное решение было принято на основе определенного спора между сторонниками «чистых» сетей IP и сторонниками технологии ATM.

Протокол MPLS - это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. MPLS разрабатывается и позиционируется как способ построения высокоскоростных IP-сетей, однако область ее применения не ограничивается протоколом IP, а распространяется на трафик любого маршрутизируемого сетевого протокола.

Создание архитектуры MPLS продиктована объединением техно-логий IP и ATM. Целью объединения является повышение пропускной способности и улучшение характеристик задержки протокола IP.

При поступлении пакетов в сеть им назначаются соответствующие маршруты и для перемещения этих пакетов по маршрутам применяются ATM-коммутаторы. ATM-коммутаторы значительно быстрее, чем IP-маршрутизаторы, поэтому, чтобы повысить производительность, необходимо переместить как можно большую часть трафика на уровень ATM и использовать коммутационное оборудование ATM.

Архитектура MPLS снижает объем необходимой обработки каждого пакета на каждом маршрутизаторе в IP-сети, что еще в большей степени увеличивает производительность маршрутизаторов⁴ В. Строллингс . Современные компьютерные сети. - Спб.: Питер, 2003.

Б.Л Сатовский. «MPLS -- технология маршрутизации для нового поколения сетей общего пользования»,

http://athena.vvsu.ru/docs/tcpip/mpls/.

Протокол MPLS может работать практически для любого маршрутизируемого транспортного протокола (не только IP). При появлении пакета в виртуальной сети ему присваивается метка, которая не позволяет ему покинуть пределы данной виртуальной сети.

Метка является коротким идентификатором фиксированной длины, который используется для идентификации пакетов. Метка, которая вложена в определенный пакет, представляет класс переадресации, к которому данный пакет приписан. Обобщая, можно сказать, что пакет приписан FEC, базирующемуся частично или целиком на его адресе места назначения сетевого уровня.

Метки определяют поток пакетов между двумя конечными точками или, в случае групповой рассылки, между конечной точкой-источником и группой конечных точек-получателей.

Функционирование архитектуры MPLS сводится к следующему (рис.9):

Перед маршрутизацией и доставкой пакетов данного класса должен быть определен маршрут через сеть, а также установлены параметры качества обслуживания вдоль этого пути. Параметры качества обслуживания определяют:

- объем ресурсов, выделяемых для пути;

Рис. 9. Функционирование архитектуры MPLS

- политику организации очередей и политику отбрасывания пакетов, устанавливаемую на каждом маршрутизаторе для пакетов данного класса.

Для выполнения этих задач требуются два протокола, реализующие обмен информацией между маршрутизаторами.

- протокол внутренней маршрутизации - для обмена сведениями о достижимости пакетов и маршрутах;

- протокол распределения меток. Пакетам присваиваются метки опре-деленного класса на основе которой определяются маршруты.

После выполнения этих операций пакет входит в MPLS-домен через входной маршрутизатор, на котором определяется, какие службы сетевого уровня ему требуются, после чего пакету назначается определенный уровень качества обслуживания. Входной маршрутизатор назначает этому пакету определенный класс и, следовательно, определенный путь, добавляет к пакету соответствующую метку и начинает процесс его передачи. Если для данного класса еще не существует пути, входной (пограничный) маршрутизатор должен, взаимодействуя с другими маршрутизаторами сети передачи данных, определяет другой путь.

Каждый маршрутизатор в MPLS-домене принимая меченый пакет, удаляет входную метку и прикрепляет к пакету соответствующую выходную метку и переправляет этот пакет следующему маршрутизатору на выбранном пути. Выходной пограничный маршрутизатор удаляет метку, читает заголовок IP-пакета и переправляет адресату.

Следует отметить несколько ключевых особенностей функциониро-вания архитектуры MPLS:

- MPLS - домен состоит из непрерывного (или связного) множества маршрутизаторов, поддерживающих архитектуру MPLS. Трафик может поступать в домен и покидать его через конечную точку, подключенную непосредственно к сети, как показано в правом верхнем углу рис. 3. Трафик может также поступать от обычного маршрутизатора, соединенного с частью объединенной сети, не использующей архитектуру MPLS, как показано в левом верхнем углу рис. 3

- класс пакета может определяться по одному или по нескольким параметрам, указанным сетевым администратором. Среди возможных параметров можно назвать следующие: IP-адреса отправителя и/или получателя или IP-адреса сетей; номера портов отправителя и/или получателя; идентификатор IP-протокола и др.

Продвижение данных выполняется просто путем поиска в заранее определенной таблице, устанавливающей соответствие между значениями меток и адресами следующих ретрансляционных участков. Нет необходимости изучать или обрабатывать IP-заголовок, а также принимать решения о выборе маршрутов на основе IP-адреса получателя.

На ретрансляционном участке специальным протоколом РНВ ((Per-Hop Behavior-- поведение на ретрансляционном участке) принимается решение о судьбе пакета данного класса, то есть определяется очередность обработки пакета и правила его дальнейшей передачи.

Пакеты, посылаемые между одной парой конечных точек, могут принадлежать разным классам. При этом они по-разному помечаются, обрабатываются в соответствии с разными типами протокола РНВ на каждом маршрутизаторе и могут следовать через сеть разными маршрутами.

Таким образом, маршрутизатор удаляет из пакета входную метку и, прежде чем переправить его дальше, присоединяет к нему соответствующую выходную метку. Входной пограничный маршрутизатор определяет класс для каждого непомеченного входящего пакета, на основе этого класса назначает пакету определенный путь, прикрепляет соответствующую метку и продвигает пакет дальше.

Алгоритм последовательных меток, применяемый в протоколе MPLS, обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционной пошаговой маршрутизацией на сетевом уровне:

- использование меток обеспечивают гибкость в классификации пакетов. В простейшем случае входной коммутатор сети можно сконфигурировать так, чтобы он относил пакет к тому или иному классу исключительно на основе адреса назначения ( для выбора класса пакета можно использовать и множество других критериев: адрес источника пакета, тип приложения, точку входа в сеть с поддержкой меток и точку выхода из нее, класс обслуживания, указанный в заголовке IP-пакета, или любое сочетание этих параметров, что приводит в конечном итоге к обрамлению сети служебной информацией);

- можно конструировать специальные маршруты, удовлетворяющие требования тех или иных приложений. Маршруты можно построить таким образом, чтобы, например, минимизировать число транзитных узлов, обеспечить определенную полосу пропускания или обойти потенциальные точки перегрузки;

- алгоритм пересылки с использованием последовательных меток позволяет выделить любой тип пользовательского трафика, ассоциировать его с определенным классом и направить весь трафик этого класса по маршруту, специально построенному так, чтобы удовлетворить требования данного типа трафика.

Завершая краткое описание протокола MPLS, отметим, что проблема выбора протокола обмена сообщениями на транспортной сети должна основываться на протоколе MPLS, которая позволяет объединить протоколы IP и н АТМ и повысить пропускную способность сетевого уровня ССП.

В целом технологическая архитектура инфокоммуникационной сети представляет собой комплекс аппаратно-программных средств территориально распределенных коммуникационных центров, реализующих функции взаимосвязи пользователей информации, обеспечивая доступ абонентов к транспортной сети в интересах этой взаимосвязи, и технических средств транспортной сети (коммутационных узлов, соединенных каналами первичной сети), обеспечивающей передачу данных между территориально распределенными абонентскими системами. В связи с этим от правильного выбора компонентов технологической структуры ССП зависит эффективность функционирования ССП в целом.

Следующей важной задачей является обоснование и выбор функциональной архитектуры инфокоммуникационной сети, которая полностью определяется потребностями пользователей (прикладных процессов) в передаче и обработке различных видов информации с заданными параметрами качества услуг.

Основой построения функциональной архитектуры является профиль протоколов верхнего уровня, обеспечивающий реализацию функций взаимосвязи в сети, предоставляющей пользователям услуги по передаче и обработке любого вида информации с ориентацией на интеграцию всех видов услуг в рамках единой сети.

Весь информационный процесс взаимодействия пользователей в инфокоммуникационной сети начинается и заканчивается вне самой сети и включает пять этапов:

1) сбор сведений в интересах решения прикладной задачи и селекция из них совокупности сведений, содержащих информацию;

2) формирование из совокупности сведений, содержащих информацию, информационных сообщений, т.е. придание этим сведениям структуры и формы представления, соответствующей виду информации (алфавитно-цифровой, звуковой информации или изображения);

3) формализация информационных сообщений, т.е. установление соответствия между элементами исходных сообщений и символами некоторого кодового алфавита по тем или иным правилам кодирования с целью преобразования сообщений к виду, пригодному для обработки и передачи средствами технической системы (информационной сети);

4) содержательная обработка формализованных информационных сообщений в соответствии с алгоритмом решения прикладной задачи;

5) реализация процесса взаимосвязи в интересах взаимодействия информационных процессов, реализующих содержательную обработку формализованных сообщений в процессе решения прикладной задачи.

Упомянутые информационные процессы реализуются на логическом уровне ССП во взаимосвязи всех сетевых функций.

Различают следующие типы функций, выполняемых в сети Современные телекоммуникации. Технологии и экономика. Под общей редакцией С.А. Довгого. - М.: Эко-Трендз, 2003г.:

прикладные функции - объекты приложений пользователей и администрации сети;

функции управления услугами - объекты, позволяющие строить услуги из компонентов услуг и связанных с ними ресурсов и управлять взаимодействием пользователей с этими услугами;

функции административного управления сетью - объекты, осуществляющие управление всеми другими функциями;

функции обработки и хранения данных -- объекты, обеспечивающие вызов и управление объектами приложений, их взаимодействие, а также извлечение запрашиваемых данных либо помещение их в базу данных;

коммуникационные функции - функции транспорта и управления потоками информации (при их перераспределении в коммуникационных узлах).

Порядок взаимодействия функций сети определяет связи компонентов функциональной архитектуры. Полная спецификация такого взаимодействия между отдельными функциями (объектами) или логическими модулями называется логическим интерфейсом. Он определяет набор правил взаимодействия элементов и формат представления обмениваемой информации.

Следующей важной проблемой является формирование услуг и их представление в ССП.

В рамках ССП есть общая «услуга сети». Подключаясь к инфокоммуникационной сети, пользователь получает не просто канал связи и какой-то определенный набор информационных сервисов и ресурсов - он может самостоятельно определять, какой именно тип трафика (услуг) необходим в рамках предоставляемой сетью услуги

Платформой предоставления услуг называется совокупность объединенных ресурсов сети или нескольких сетей, участвующих в производстве и предоставлении услуг. При формировании такой платформы могут быть задействованы ресурсы сетей общего пользования и частных сетей. При организации платформы услуг могут быть использованы ресурсы сетей нескольких операторов, заключивших между собой коммерческие соглашения.

В интеллектуальных сетях все элементы, входящие в ее архитектуру, управляются одним оператором, а механизмы предоставления услуг дислоцируются в области рассредоточенной сети. Такой подход имеет существенный недостаток: из-за того, что один оператор ответствен за создание и работу всех приложений, трудно достичь необходимой гибкости, и ввод новых приложений в эксплуатацию занимает продолжительное время.

Эти недостатки устранены в ССП путем ввода блока интерфейса прикладного программирования.

Интерфейсные программы прикладного уровня сети позволяют провайдеру услуг быстро развернуть услуги в инфокоммуникационной среде.

Программный комплекс, обеспечивающий предоставление услуг, как правило, состоит из совокупности объединенных ресурсов сети или нескольких сетей, участвующих в предоставлении услуг. При формировании такой платформы могут быть задействованы ресурсы сетей общего пользования и частных сетей. При организации платформы услуг могут быть использованы ресурсы сетей нескольких операторов, заключивших между собой коммерческие соглашения.

Сетевые ресурсы, принадлежащие одному оператору, могут быть задействованы в различных платформах предоставления услуг. Конкретные услуги могут предоставляться и компанией, не являющейся собственником сети, а формирующей платформу предоставления услуг путем аренды сетевых ресурсов (например, выделенных каналов связи) у операторов сети. Такая компания называется поставщиком услуг (service provider), или провайдером. При этом сам поставщик является потребителем услуг переноса, предоставляемых оператором сети связи.

В связи с этим при проектировании ССП одной из ключевых задач является конкретизация перечня услуг, и их дислокация по компонентам распределенной ССП.

Таким образом, сети следующего поколения представляют собой сложную распределенную систему, физическая структура которой состоит из множества:

дислоцированных коммуникационных центров, выполняющих функции как управления различными потоками так и обеспечение взаимодействия терминалов пользователей между собой и с системами хранения и обработки информационных ресурсов;

высокопроизводительных систем обработки информации (абонентских систем), в которых сосредоточены огромные сетевые информационные и вычислительные ресурсы (то есть услуги, предоставляемые сетью пользователям);

терминальных систем различной конфигурации;

каналов связи с разной пропускной способностью.

Поэтому при проектировании и создании ССП необходимо учитывать следующие факторы:

1. Необходима разработка отраслевой нормативной базы, обеспечивающей скоординированное и обоснованное применение сетевых технологий при переходе к сетям следующего поколения. Законодательная и нормативно-правовая база должна учитывать современные тенденции развития и построения перспективных сетей, прежде всего, правил оказания инфотелекоммуникационных мультисервисных услуг и порядка присоединения и взаимодействия компонентов ССП, оказывающих инфотелекоммуникационные мультисервисные услуги. Правовые документы могут создаваться путём корректировки существующей нормативной базы с целью приведения ее в соответствие с новыми подходами построения перспективных сетей связи. В них должны найти своё отражение вопросы оказания инфотелекоммуникационных мультисервисных услуг и правила присоединения и взаимодействия компонентов ССП, оказывающих инфотелекоммуникационные мультисервисные услуги.

2. Разработка концепции построения ССП, определяющей базовую организационно-техническую модель сети и принципы последовательного формирования инфокоммуникационной сетевой среды. В этом документе должны найти отражение вопросы государственной политики, обеспечения приоритетов и интересов государства в данной отрасли, национальной безопасности в телекоммуникациях, а также научно-технические, экономические, структурные, организационные, правовые, инвестиционные, кадровые и другие решения, необходимые для устойчивого функционирования и развития ССП.

3. Сети следующего поколения должны образовать единое телекоммуникационное пространство. Для этого необходимы системные решения по присоединению, взаимодействию, порядку обмена трафика между сетями пакетной коммутации и сетями коммутации каналов. Дело в том, что различные производители сетевого оборудования применяют различные официальные идеологии построения сетей. Поэтому проблема создания сетей следующего поколения должна сводится к поэтапному объединению традиционных сетей связи на основе универсальной управляемой распределенной транспортной платформы, позволяющей осуществлять транспортировку разнотипных потоков данных. Другими словами, проектирование мультисервисных сетей должно основываться на максимально эффективном использовании ресурсов уже построенной цифровой инфраструктуры и обеспечивать экономическую эффективность за счет широкого использования услуг, предоставляемых региональными мультисервисными сетями.

4. Сети следующего поколения в перспективе должны образовать единое информационное пространство. Поэтому технологическая и функциональная архитектуры инфокоммуникационной сети, которые полностью определяются потребностями пользователей в передаче и обработке различных видов информации с заданными параметрами качества услуг, должны создаваться на основе системного подхода. При учете региональных особенностей и обработке любого вида информации с ориентацией на интеграцию всех видов услуг в рамках единой сети.

5. Проблема выбора протокола обмена сообщениями на транспортной сети должна основываться на протоколе MPLS, которая позволяет объединить протоколы IP и АТМ, и повысить пропускную способность сетевого уровня ССП.

6. Выбор и обоснование способов производства и предоставления услуг, сформированных путём объединения информационных ресурсов сети или нескольких сетей, входящих в состав ССП.

В заключении раздела приводится перечень задач, которые должны решаться при создании сетей следующего поколения:

- синтез топологической структуры ССП с распределенной структурой, определить места дислокации систем обработки (абонентских систем - серверов приложений и медиа серверов), коммуникационных центров и терминальных систем пользователей, а также определить структуру их соединения между собой с помощью каналов связи с определенной пропускной способностью;

- выбор и обоснование единой идеологии создания услуг ССП, разработка, размещение и мониторинг информационных ресурсов в системах обработки ( то есть, определение параметров современных медиа серверов и серверов приложений, а также места их дислокации, потому что они являются независимыми устройствами и могут разворачиваться на отдельных физических платформах или на одной платформе: медиасерверы обеспечивают специализированные ресурсы для услуг, таких как интерактивную речевую систему, средства конференц-связи и факсимильной передачи, а сервер приложений может использовать ресурсы, расположенные на медиасервере, для обеспечения услуг, которые требуют доступа к мультимедийной информации пользователя; сервер приложений взаимодействует по специальному протоколу с медиасервером, чтобы получить доступ к потоку информации пользователя с целью обнаружения, воспроизведения и записи речевых сообщений пользователя, создания комбинаций пользовательской информации разных видов (мультимедийной информации), обнаружения и пересылки факсимильных сообщений, передачи записанных объявлений и акустических сигналов, а также для выполнения процедур распознавания речи);

- выбор и обоснование методов управления инфокоммуникационной сетью, которые направлены на полное, своевременное и с наименьшими затратами обслуживание поступивших заявок пользователей. Оптимальное решение данной задачи обеспечивает эффективную транспортировку данных между системами обработки, терминальных систем и коммуникационных центров. Они являются одним из ключевых задач, позволяющих решить проблемы по предотвращению ошибок при передаче сообщений, блокировке и перегрузке в транспортной сети, выбору маршрута и транзитных центров и т. д. Другими словами, они фактически направлены на распределение ограниченных, территориально рассредоточенных ресурсов ССП.

Формализованное описание оптимизационной модели построения ССП будет приведен в следующем разделе.

3.2 Формализация и описание задач, решаемых при поэтапном проектировании ССП

Как было указано в предыдущем разделе, по своей архитектуре ССП является трехуровневой и состоит из следующих уровней: транспортного уровня; уровня управления коммутацией и передачей информации; уровня услуг и управления услугами.

Транспортный уровень обеспечивает коммутацию и сквозную передачу данных от источника к получателю.

Уровень управления коммутацией и передачей выполняет функции обработки информации сигнализации, маршрутизации вызовов и управления потоками.

Уровень управления услугами обеспечивает управление предоставляемыми сетью услугами и приложениями и представляет собой распределенную компьютерную среду, обеспечивающую, предоставление инфокоммуникационных услуг, создание и внедрение новых услуг, и взаимодействие различных услуг.

Физическая структура современной инфокоммуникационной сети следующего поколения (ССП) представляет собой сложную распределенную систему (рис. 10), которая состоит из множества:

- дислоцированных коммуникационных центров транспортной системы, выполняющих функции как управления различными потоками, так и через соответствующие шлюзы обеспечение взаимодействия терминалов

пользователей между собой и с системами хранения и обработки информационных ресурсов;

высокопроизводительных систем обработки и хранения информации (абонентских систем), в которых сосредоточены огромные сетевые информационные и вычислительные ресурсы (то есть услуги, предоставляемые сетью пользователям);

терминальных систем различной конфигурации;

каналов связи с разной пропускной способностью.

Проблема синтеза ССП является одной из важнейших и наиболее сложных задач проектирования. Поэтому хотя и разработаны достаточно много работ, посвященных созданию ССП, пока не существует универсальных рекомендаций, на основе которых с системных позиций могла бы быть решена задача оптимального проектирования сети.

Проектирование распределенной информационно-коммуникационной сети (ИКС) (или ССП) является сложной многоступенчатой задачей, в которую входят задачи определения:

Рис. 10. Укрупненная схема физической структуры информационно-коммуникационной сети следующего поколения: КЦ - коммуникационный центр; СО - система обработки и хранения информации ТС - терминальная система (терминал, шлюзы и т.д.) МКС - магистральный канал связи транспортный системы; область сосредоточения программно- технического комплекса транс портной системы.

- топологической структуры распределенной инфокоммуникационной сети при учете производительности систем обработки и хранения информации, а также услуг;

- для каждого вида трафика оптимальной маршрутизации и распределения их потоков при учете производительности и загруженности каналов связи, коммуникационных центров и систем обработки и хранения информации;

- алгоритмов и параметров обмена данными, обеспечивающих требуемую верность и задержку информации и т. д.

Исходя из этого, развернутая задача построения ССП с распределен-ной структурой может быть представлена в следующем виде.

Пусть заданы:

а) Т терминалов пользователей t₁, t₂, . . . . . . t_T c фиксированными координатами ( x_i , y_j ) мест их расположения (абоненты мобильной сети подключаются к коммуникационным центрам с помощью соответствующих шлюзов (терминальных систем), которые имеют фиксированные координаты);

б) К систем обработки и хранения информации СО_1, СО₂, . . . . . . СО_К с соответствующими производительностями µ _k и услугами u_k (u_k € U ), а также с известными координатами расположения ( x_j , y_j );

в) функциональные возможности и координаты возможных точек размещения коммуникационных центров транспортной системы ИКС, в системах управления которых известны степень размещения информационных ресурсов и услуг в системах обработки и хранения информации;

г) интенсивности ввода в сеть внешних трафиков в виде матрицы , которая в свою очередь может быть представлена двумя матрицами: - матрица «информационно-вычислительного» трафика и - матрица «транзитного» трафика с соответствующими матрицами коэффициентов тяготения и , где и характеризуют долю общего объёма данных информационно-вычислительного или транзитного трафика, передаваемого от i абонента к j в единицу времени. При этом следует отметить, что величина имеет смысл только для информационно-вычислительного трафика, так как абонент может направить в инфокоммуникационную сеть информацию, адресатом которого после обработки является сам;

д) стоимости аренды единицы времени всех типов используемых в сети cистем обработки и хранения, а также услуг : , ;

е) стоимости аренды каналов, используемых в сети, ;

ж) стоимости приведённых эксплуатационных и капитальных затрат на создание коммуникационных центров, шлюзов и других подсистем сети, ;

При отсутствии в существующей сети связи прямых каналов между конкретными точками сети возникает необходимость их реализации. В этом случае в капитальные затраты будут входить стоимости создания новых каналов связи.

Требуется определить такую структуру информационно-коммуника-ционной сети следующего поколения, позволяющую своевременно обслуживать разнотипные информационные потоки пользователей при минимальной сумме приведённых затрат , т.е. требуется минимизировать следующий функционал

C ( w, f, d, u ) = Z_н*K (w, f, d, u) +Э ( w, f, d, u ) ,

где w - вектор структурных параметров, однозначно характеризующий топологическую структуру инфокоммуникационной сети (ССП), ( w € W - множество допустимых вариантов топологической структуры);

f € F - множество допустимых вариантов распределения потоков по каналам и системам обработки ССП;

d € D - множество видов дисциплин обслуживания заявок в ССП;

u € U - множество услуг, предоставляемых ССП широкому кругу пользователей.

при следующих ограничениях:

- суммарная интенсивность входного информационно - вычисли-тельного трафика должна соответствовать суммарному значению произво-дительности всех систем обработки и хранения сети, т.е.

- суммарная интенсивность информационных потоков, поступающих в коммуникационную сеть транспортной системы ИКС не должна превышать суммарную реальность пропускную способность каналов связи, т.е.

- между парой узлов сети должны быть непересекающихся по узлам маршрутов.

Описанная задача из-за присутствия факторов неопределённости (например, неизвестность допустимых границ отдельных показателей, реальных пропускных способностей каналов связи, поведения заявок в очередях и т.п.) относится к слабоструктурированным задачам. Для задач такого типа весьма перспективным является режим проектирования, позволяющий объединять в едином процессе мощные математические методы и алгоритмы стохастического имитационного моделирования с неформализованными знаниями проектировщика - интуицией, опытом и т.д. Такой режим представляет собой итерационный процесс, состоящий из последовательности чередующихся фаз работы синтеза структуры сети, с фазой анализа полученной топологии и принятия очередного решения: принять или отклонить текущую топологию, ввести дополнительные изменения или ограничения.

Исходя из этого, алгоритмическое обеспечение системы проектирования инфокоммуникационной сети следующего поколения (ИКССП) представляет собой комплекс взаимосвязанных моделей, имеющих иерархическую структуру (рис. 11) .

Как видно из рис. 11, средством решения задачи является создание комплекса математических и имитационных моделей, основанных на теории сетей массового обслуживания. Требуемое число этапов проектирования ИКС в плане выбранной целевой функции достигается лишь при объединении моделей в единую систему, охватывающую все или большинство основных задач.

Практическая невозможность постановки и решения в рамках одной математической задачи всего комплекса проблемы наводит на мысль необходимости использования поэтапной процедуры проектирования, позволяющей перейти от задачи большой размерности к последовательности задач меньшей размерности. При таком подходе инфокоммуникационная сеть рассматривается в целом с учётом взаимосвязи основных процессов, определяющих её эффективное функционирование и решение задач на уровне отдельных этапов, предполагает единый критерий для всей сети и решение отдельных подзадач на каждом шаге оптимизации. Процесс оптимизации представляет собой итерационный процесс на каждом шаге которого, проектируется (выбирается) конкретный законченный вариант ИКС, обеспечивающий определённое значение целевой функции.

Вычисленное значение целевой функции сравнивается с полученным на предыдущем этапе и, исходя из этого выбирается направление её дальнейшего улучшения. Внутри каждого шага решается комплекс взаимосвязанных задач с конечной целью определения варианта ИКС при заданных ограничениях. Следует заметить, что отдельные подзадачи не являются полностью завершёнными. Добавленная система обратных связей в иерархической структуре (рис.11) позволяет рассматривать комплекс решаемых задач как единое целое и учитывать влияние на результаты каждого уровня всей последовательности предыдущих. Этим достигается возможность корректировки всех процессов, происходящих при проектировании с выработкой оптимального решения в финале.

Рис. 11. Укрупнённая схема системы проектирования ССП.

Такая структура даёт возможность прогнозировать изменения характеристик, параметров, процессов, исходных данных, направления поиска и в конечном итоге определить движение процесса оптимизации от варианта к варианту. Процедуру поиска можно отнести к совмещённому двойному поиску, в котором поиск глобального экстремума сводится к направленному просмотру вариантов реализации сети, получающийся в результате направленного случайного поиска оптимальных характеристик отдельных процессов в их взаимосвязи при выполнении заданных ограничений.

Руководствуясь описанным принципом технологию поиска искомой структуры ССП в самом общем виде можно представить в следующей последовательности.

Формированию исходных данных предшествует анализ географико-административной структуры обслуживаемой сетью региона, на базе чего происходит разбиение региона на соответствующие зоны и задание точек возможного размещения коммуникационных центров в них. При этом анализируется возможности и структура телефонной сети связи, на базе которой и будет строиться транспортная система ССП.

Также анализируются характеристики трафиков информационных источников каждой зоны (структура многопродуктовых потоков, приоритеты конкретных заявок и т.д.) места расположения терминальных систем, систем обработки и хранения информации, производительности их, а также услуги, представляемые ими и т.д.

После реализации модели построения терминальной (абонентской) под сети соответствующих зон приступают к построению К - связанной распределённой ССП. Построение модели К- связанной ССП производится в два этапа: построение исходной 2-х связанной топологии и построение топологии К - связанной ССП с заданной надёжностью.

На полученной топологии решаются взаимосвязанные задачи определения пропускных способностей каналов, маршрутизации и распределения потоков исходных трафиков с учётом их добавления на потоки сообщений, обслуживаемых в системах обработки и хранения данных ССП и на передаваемые между оконченными терминальными системами через транспортную систему.

В заключительной фазе проектирования начинается разработки имитационных моделей, реализующих процессы информационного обмена и обслуживания заявок в компонентах ССП. Необходимость создания имитациионных моделей вызвано в первую очередь наличием стохастических процессов, неформализуемых аналитически. К таким процессам в первую очередь относится процесс передачи информации по реальным каналам связи, распределение информационных потоков между системами обработки и хранения информации, законы обслуживания заявок для трафиков с различной структурой.

Результатом работы моделей является анализ вероятностно-временных (ВВХ) и других характеристик на различных уровнях обмена данными и вычисление текущего значения целевой функции с выделением результатов, необходимых для создания следующего варианта ССП (следующего шага поиска).