Планирование сети доступа NGN для новых групп пользователей

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТАДЖИКИСТАНА

ФАКУЛЬТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ

КАФЕДРА ФИЗИКИ, ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И

ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на тему: «Планирование сети доступа NGN для новых групп пользователей»

Студент группы 1-45010301р Амиров Х.

Руководитель работы Гаффоров К.Б.

Нормоконтролер ст. преп. Гаффоров К.Б.

Душанбе - 2018 г.



Содержание

Шарњи мухтасар

Annotation

Введение

Глава 1. Эволюция телекоммуникационных систем

1.1 Развитие услуг в телекоммуникационных сетях

1.2 Эволюция техники коммутации

1.2.1 Аналоговые АТС

1.2.2 Цифровые АТС

1.2.3 Пакетная коммутация

1.3 Развитие транспортной сети

1.4 Развитие сети доступа

1.5 Конвергенция в телекоммуникациях

1.5.1 Конвергенция сетей

1.5.2 Конвергенция управления

1.5.3 Конвергенция приложений

1.6 Выводы по главе 1

Глава 2. Анализ принципов построения NGN

2.1 Определение NGN

2.1.1 Задачи NGN

2.1.2 Основные характеристики NGN

2.1.3 Возможности NGN

2.2 Модели NGN

2.2.1 Основная эталонная модель NGN

2.2.2 Обобщённая функциональная модель NGN

2.3 Архитектура сети NGN

2.4 Преимущества и недостатки NGN

2.4.1 Преимущества NGN

2.4.2 Недостатки NGN

2.4.3 Перспективы развития NGN

2.5 Выводы по главе 2

Глава 3. Анализ принципов построения сетей доступа

3.1 Топология

3.1.1 Топология магистральной сети

3.1.2 Топология распределительной сети

3.2 Технологии сетей доступа

3.2.1 Магистральная сеть доступа

3.2.2 Сеть доступа в помещении пользователя

3.3 Выводы по главе 3

Глава 4. Построение сети доступа для новых групп пользователей

4.1 Расчёт производительности узла доступа

4.1.1 Расчёт числа пакетов от первой группы (телефония)

4.1.2 Расчёт числа пакетов от второй группы (телефония и интернет)

4.1.3 Расчёт числа пакетов от третьей группы абонентов (triple play)

4.1.4 Требования к производительности мультисервисного узла доступа

4.2 Требования к полосе пропускания

Заключение

Список использованной литературы

Приложения



Шарњи мухтасар

Кори хатми тахассусї дар мавзўи «Планирование сети доступа NGN для новых групп пользователей».

Муаллиф: Донишљўи курси 4-уми ихтисоси 1-45010301- «Шабакањои

телекоммуникатсионї»

Амиров Њ.

Роњбар: Ѓаффоров К.Б.

Рисолаи хатми тахассусї дар кафедраи «Физика, телекоммуникатсия ва фанњои техникї» иљро шудааст.

Рисолаи хатми тахассусї аз 3 боби дафтари њисобию-тавзењї иборатаст.

Рисолаи хатми тахассусї дар асоси талаботи стандарти тахассусї ва дастури методї оиди иљрои рисолаи хатми тахассусї иљро шудааст. Дар рисола маводњои лозима нисбати мавз?и интихобшуда гирд овардашудааст.

Рисолаи хатми тахассусї ба њамаи талаботњо нисбати иљрои кори рисолаи хатм љавобгў буда, ба пуррагї ба анљом расонидашудааст.



Annotation

To the graduation qualifying work on the theme “Планирование сети доступа NGN для новых групп пользователей”

Author: 4th-year student on specialty

1-45010301 “Telecommunication

network”

Amirov H.

Consultant: Gafforov K.B.

The graduation qualifying work is completed at the Department of physics, telecommunication and technical subjects. The graduation qualifying work consists of three chapters of reporting -explaining notebook. The first chapter informs about describing “the theoretical part”. The second chapter explains development and improvement of small HPS with instruction and outlook.

The graduation qualifying work iscompleted on basis of the requirement for professional standard and methodological manual for completing professional of graduation qualifying work.

The project includes necessary materials concerning mentioned theme.

The graduation qualifying work meets all graduation requirement for completing of graduationqualifying work.

Введение

Актуальность работы

В настоящее время всё чаще встречаются публикации, посвящённые коренному преобразованию ТфОП и переходу к сети следующего поколения (NGN). Она позиционируется как универсальная сеть, способная удовлетворить практически любые потребности пользователей с заданным качеством обслуживания. При этом предполагается простота введения новых услуг.

Обычно рассматривается два основных варианта перехода к NGN - начиная с транспортной сети и с сети доступа. В данной работе рассматривается второй вариант перехода к сетям следующего поколения.

Сегодня уже всё реже высказываются мнения о том, что NGN радикально снизит затраты на построение сети, равно как и о том, что NGN чуть ли не в разы сокращает требования к полосе пропускания. Данная работа призвана оценить требуемые ресурсы сети доступа, выявить недостатки и преимущества NGN.

Задачи дипломной работы

Целью дипломной работы является выбор метода планирования сети доступа NGN для новых групп пользователей. Под «новыми» понимаются абоненты, готовые оплачивать услуги «triple play services». Хотя их доля в структурном составе невелика, они оказывают существенное влияние на способы организации сети. В результате планирования сети доступа NGN предстоит решить следующие задачи:

Рассмотрение задач, возлагаемых на сети следующего поколения;

Определение функциональной архитектуры NGN;

Выявление преимуществ и недостатков NGN;

Определение роли сети доступа при формировании NGN;

Определение перспектив развития NGN;

Анализ принципов построения современных сетей доступа;

Оценка требований к маршрутизатору, агрегирующему трафик сети доступа; сеть архитектура маршрутизатор трафик

Оценка требований к полосе пропускания для сети доступа.

Структура

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цели и задачи работы, перечислены основные результаты, определена ее практическая ценность и область применения полученных результатов.

В первой главе даётся краткий обзор развития телекоммуникаций. Выявляется роль предоставляемых услуг как критерия уровня развития сети.

Во второй глава анализируются принципы построения NGN, выявляются достоинства и недостатки сетей следующего поколения, рассматриваются возможные варианты перехода к NGN и возникающие при этом трудности.

В третьей главе производится анализ принципов построения сетей доступа с точки зрения возможных технологий и топологии. Рассматривается транзитная сеть доступа и сеть доступа в помещении пользователя.

В четвёртой главе производится расчёт требуемой производительности маршрутизатора, агрегирующего трафик сети доступа, оценивается задержка в очереди и требуемая полоса пропускания.

Практическая ценность

Рассмотрение эволюции сетей связи с точки зрения предоставляемых услуг позволяет обосновать появление сетей следующего поколения как результат конвергенции существующих сетей.

Анализ принципов построения NGN с точки зрения функциональной архитектуры является одним из основных моментов в понимании структуры и назначения сетей следующего поколения.

В работе рассмотрены варианты эволюции существующих сетей электросвязи к сетям NGN. Этот вариант является наиболее актуальным, т.к. построение NGN на «пустом месте» маловероятно.

Расчёт, проведённый в четвёртой главе, позволяет оценить требования, которые выдвигает сеть доступа NGN к транзитной сети. На основании полученных результатов можно судить о целесообразности применения NGN в том или ином случае.



Глава 1. Эволюция телекоммуникационных систем

1.1 Развитие услуг в телекоммуникационных сетях

Как известно, существуют два пути развития какого-то ни было явления, процесса или сущности: эволюционный и революционный. Эволюционный путь подразумевает незначительные изменения каждого следующего поколения по отношению к предыдущему. Революционный путь предполагает коренную перестройку основ явления.

На сегодняшний день наука признаёт только один путь развития живых организмов - эволюция по Дарвину, в основу которой положены явления изменчивости и естественного отбора.

Однако революционные изменения несут не меньший вклад в становление окружающей действительности, а чаще всего, больший.

Применительно к телекоммуникациям данное суждение может быть применено в полной мере. Однако естественный отбор действует совместно с «неестественным», создаваемым отдельными игроками на рынке телекоммуникаций.

Одним из важнейших параметров, изменяющихся в процессе развития организма телекоммуникаций, являются обеспечиваемые им услуги. По изменению спектра услуг можно последить и более глубокие изменения - касающиеся конкретных технологий, положенных в основу функционирования всей отрасли.

Наиболее удобный для моей работы подход к классификации услуг заключается в разделении их на две группы - основные и дополнительные.

Услуги, появившиеся на заре развития телекоммуникаций, остаются востребованными, с теми или иными изменениями, и по сей день. К ним следует отнести, в первую очередь, телефонную связь (предоставление канала тональной частоты между оконечными устройствами на время жизни вызова), радиосвязь и передачу данных, которая включала себя лишь телеграф. Со временем эти услуги дополнились передачей движущегося изображения. Перечисленные услуги образовали базовый набор, который успешно прошёл естественный отбор.

Революционной вехой в развитии телекоммуникаций стали успехи в области цифровой техники. С её появлением и развитием существенно изменилась структура трафика в сторону увеличения доли передачи данных. Кроме того, выросла доля цифрового коммутационного оборудования, позволяющего предоставлять значительно более широкий спектр услуг.

Именно с развитием цифровой техники появилась идея объединения способов предоставления услуг - концепция цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN).

Концепция ISDN, определенная рекомендациями ITU серии I, предполагает:

стандартизацию предоставляемых абонентам услуг для обеспечения их совместимости при международной связи;

стандартизацию интерфейса между пользователем услуги и сетью для обеспечения взаимозаменяемости терминального оборудования;

стандартизацию свойств и возможностей сети связи.

ISDN представляет собой сеть, которая предусматривает сквозные цифровые соединения между оконечными устройствами и обеспечивает предоставление пользователям широкого спектра речевых и неречевых услуг, доступных им через ограниченный набор стандартизованных интерфейсов.

Доведение цифрового интерфейса до абонента ТФОП позволила в рамках концепции ISDN интегрировать разные услуги:

передачу речи,

передачу текста,

передачу данных,

передачу изображений,

передачу видео.

Доступ пользователя к услугам обеспечивается через единый унифицированный интерфейс, расположенный в помещении пользователя.

В ISDN цифровой доступ организуется с использованием на абонентском участке уже существующих медных физических пар. Концепцию ISDN можно рассматривать как конечный этап цифровизации ТФОП. Сеть ISDN - является наложенной сетью по отношению к ТФОП.

Услуги ISDN специфицируются формальным образом:

Стадия 1 описания дает независимое от конкретной реализации представление услуги с точки зрения пользователя посредством атрибутов. Атрибут представляет собой специфическую характеристику услуги.

Стадия 2 определяет функциональность, требуемую от сети и от терминального оборудования.

Стадия 3 задает протокол и форматы данных, требуемые для реализации услуги.



Рисунок 1.1. Услуги ISDN.

Услуги доставки информации непременно сопровождают услуги предоставления связи, обеспечивая создание в сети определенных условий для обмена информацией, однако они могут иметь и самостоятельное значение, когда пользователь не информирует сеть о нужном ему виде связи, а лишь запрашивает соединение с нужными характеристиками. Если, например, в распоряжении пользователя имеется адаптер, согласованный с интерфейсом ЦСИО и обеспечивающий ввод в канал связи сразу нескольких разных цифровых потоков с относительно небольшими скоростями, то для организации связи с другим пользователем, имеющим такой же адаптер, требуется услуга доставки информации.

Дополнительные услуги самостоятельно не предоставляются, они используются в сочетании с той или иной основной услугой, расширяя возможности и повышая удобства пользования этой услугой.

Все услуги ЦСИО могут быть детально специфицированы с помощью так называемых атрибутов. Такой метод получил название статического описания услуги. Существует, также, и динамический метод описания услуги, реализуемый, чаще всего, соответствующими SDL-диаграммами. С помощью атрибутов пользователь ЦСИО информирует сеть о характере необходимой ему услуги. Используя модель взаимодействия открытых систем, МСЭ рекомендует выделять атрибуты нижних (с первого по третий) и верхних (с четвертого по седьмой) уровней.

Однако сеть ISDN не получила широкого развития по некоторым объективным и субъективным причинам. ISDN не устроила пользователей по соотношению цена/качество. Для перехода на ISDN необходимо было полностью поменять аналоговые терминалы на терминалы ISDN. Услуги ISDN в полной мере можно использовать лишь при тотальной цифровизации - при взаимодействии аналогового и цифрового абонентов спектр услуг резко сужался. Скорости тоже перестали удовлетворять пользователей - в базовом доступе 128 кбит/с было слишком много для простой телефонной связи и слишком мало для организации, допустим, видеоконференций.

Ещё одним важным моментом в развитии способов предоставления услуг была идея разделения функций распределения информации и предоставления услуг. Данная концепция получила название Intelligent Network. Разделение функций в пределах основных элементов системы электросвязи может рассматриваться как периодически повторяющийся процесс. Примером может служить разделение функций передачи сообщений системы сигнализации и полезной информации, который привел к формированию концепции системы общеканальной сигнализации. Предполагались следующие преимущества данного способа организации сервисов:

упрощение аппаратно-программных средств коммутационных станций, что повышает их надежность и снижает стоимость;

возможность более детальной стандартизации (на международном и национальном уровнях) основных аспектов построения и функционирования коммутационного оборудования;

отсутствие зависимости между перечнем предоставляемых абонентам дополнительных услуг и «интеллектом».

Однако на сегодняшний день ясно, что идея интеллектуальной сети не получила широкого развития, по крайней мере в РФ. Из всего набора услуг, представленного в CS1 (capability set 1 - набор услуг, реализуемый на первой стадии построения интеллектуальной сети), используется фактически лишь FreePhone. Одним из существенных недостатков IN является неспособность поддерживать мультимедийные услуги.

Таким образом, нетрудно видеть несоответствие между реально предоставляемыми услугами и потребностями пользователя (по крайней мере, в фиксированных сетях). В последние пятнадцать лет наблюдается явная диверсификация услуг - на стыке телекоммуникаций и информационных технологий возник новый вид - инфокоммуникации, который, видимо, успешно пройдёт естественный отбор.

1.2 Эволюция техники коммутации

Можно выделить пять видов систем коммутации, характерных для сетей телефонной связи:

декадно-шаговые АТС;

координатные АТС;

квазиэлектронные АТС;

цифровые АТС;

оборудование, основанное на технологии «коммутация пакетов».

Первые три вида систем коммутации можно объединить в одну группу: аналоговые АТС. Такой подход объясняется общностью основных процессов модернизации этих коммутационных станций. Цифровые АТС и оборудование, основанное на технологии «коммутация пакетов», требуют отдельного анализа.

1.2.1 Аналоговые АТС

Первая АТС была изобретена в 1892 г. А. Строунджером. Коммутация в этих декадно-шаговых АТС производится под непосредственным управлением сигналов набора номера вызывающим абонентом без использования каких бы то ни было централизованных управляющих устройств.

Однако эффективное развитие городских телефонных сетей сдерживалось главным образом малой емкостью контактного поля искателей. Автоматизация междугородной телефонной связи выявила низкое качество разговорного тракта из-за нестабильности скользящих контактов искателей, приводившей к недопустимо высокому уровню шумов.

Недостатки декадно-шаговых АТС были устранены в станциях следующего поколения - координатных. Емкость контактного поля коммутационных приборов таких АТС значительно больше, чем емкость поля декадно-шаговых искателей, а контакты скольжения заменены в них контактами давления, имеющими стабильное сопротивление и гораздо больший срок службы.

Кроме замены скользящего контакта «щетка - ламель» на МКС координатные АТС принесли новый обходной принцип управления станциями, при котором сам коммутационный прибор не участвует в выборе направления и поиске свободной линии.

По мере развития технологий стали появляться заменители традиционных электромеханических коммутационных элементов - электронные и магнитные устройства, в которых отсутствовали подвижные части.

На первом этапе достижения электроники стали применяться только в управляющих устройствах АТС, что привело к появлению квазиэлектронных АТС, сочетавших в себе электронное управление и электромеханические коммутационные элементы.

Название квазиэлектронные АТС предполагает сохранение пространственной аналоговой коммутации с применением механических контактов и одновременно использование электронных программируемых управляющих устройств.

1.2.2 Цифровые АТС

Цифровые ГАТС первого поколения (1990-1995 гг.) представляют собой следующий комплекс аппаратно-программных средств:

коммутационное поле, построенное на принципах временной и пространственной коммутации;

периферийное оборудование: модули аналоговых абонентских линий, аналоговых и цифровых соединительных линий;

оборудование сигнализации: абонентская, внутристанционная и межстанционная подсистемы;

система программного управления, предоставляющая конечным пользователям наборы услуг и сервисов.

Большинство эксплуатируемых в Таджикистане цифровых АТС отвечает современным требованиям ТФОП. Абонентам этих АТС доступны многие современные услуги. Все основные показатели качества функционирования и надежности коммутационного оборудования (речь не идет о сети в целом), как правило, обеспечиваются. Можно и дальше перечислять известные преимущества цифровых АТС, но с точки зрения их эволюции существенно другое. Сама ТФОП, даже построенная только на базе цифровых АТС, перестает отвечать требованиям инфокоммуникационной системы. Впрочем, этот факт не исключает необходимости проведения работ по модернизации цифровых АТС. Перечень подобных работ очень похож на тот, что был предложен для аналоговых систем коммутации. Решение некоторых задач, как правило, оказывается более простым и эффективным, что обеспечивается управлением АТС по записанной программе, а также применением цифровых технологий для передачи, коммутации и обработки информации.

1.2.3 Пакетная коммутация

Следующим этапом развития коммутационной техники становится коммутация пакетов. Изначально предназначенная для передачи данных, сегодня она находит применение и для передачи голосового трафика. При этом говорить о «классической» пакетной коммутации не приходится - для обеспечения качества обслуживания вводятся дополнительные механизмы, реализация которых на практике зачастую весьма и весьма проблематична.

Идея пакетной коммутации как способа распределения информации для сетей следующего поколения пока еще не облечена в форму международных стандартов. Более того, некоторые специалисты считают, что для сети следующего поколения необходима новая технология распределения информации, сочетающая в себе свойства коммутации каналов и пакетов. Большинство публикаций, содержащих соображения такого рода, появились в начале XXI века. Пока концепцию NGN ассоциируют с коммутацией IP-пакетов. В конечном счете, способ распределения информации, который будет принят для сетей следующего поколения в качестве международного стандарта, не столь существенно скажется на оборудовании коммутации. Радикальные изменения определяются основной идеей NGN. Эту идею часто называют конвергенцией, хотя определения, содержащиеся в большинстве словарей, свидетельствуют о не совсем удачном выборе термина. Основной смысл концепции NGN - интеграция, но этим термином многие специалисты предпочитают не пользоваться, памятуя о неудаче концепции широкополосной ЦСИО.



1.3 Развитие транспортной сети

Понятие «транспортная сеть» как правило, связывают с используемой технологией систем передачи информации. Появление систем передачи в качестве самостоятельного элемента сети электросвязи относится к 1870 году, когда в коммерческую эксплуатацию была введена аппаратура для обмена телеграфными сообщениями, которая имела в своем составе электромеханические регенераторы. Интересным фактом может считаться то обстоятельство, что упомянутая аппаратура была разработана как ЦСП с временным разделением каналов.

Электромеханические принципы регенерации не могли быть использованы в телефонии. По этой причине дальность телефонной связи была ограничена несколькими сотнями километров. Развитие электронной промышленности привело в 1915 году к возможности создания аналоговых систем передачи (АСП). Появление систем передачи обеспечило техническую возможность междугородной и международной телефонной связи. Существенными моментами использования систем передачи могут считаться:

уменьшение стоимости оборудования, реализующего функции по переносу информации между коммутационными станциями (узлами) вторичных сетей;

поддержку показателей качества передачи информации в соответствии с заданными нормами.

Использование аналоговых систем передачи было обусловлено, на первых порах, отсутствием подходящей элементной базы для организации цифровых каналов. Аналоговые системы передачи обладают рядом недостатков, которые делают их нежизнеспособными. В первую очередь к ним следует отнести невозможность регенерации сигнала.

На сегодняшний день идеи частотного разделения каналов вылились в весьма перспективные технологии волнового уплотнения каналов в оптическом волокне.

Все цифровые системы передачи в том или ином виде реализуют временное разделение источников нагрузки. Изначально появилось асинхронное разделение, использовавшееся в телеграфии. В телефонии долгое время единственным способом временного разделения каналов оставалось синхронное разделение, которое все по традиции называют просто «TDM» или «коммутация каналов».

Асинхронное временное разделение получило развитие несколько позже, и не в телефонии, а в сетях передачи данных. Асинхронное временное разделение принято называть «коммутацией пакетов». Для коммутации пакетов классификационным признаком обычно служит название технологии (Х.25, Frame Relay, ATM, MPLS и т.д.). Кроме того, обычно выделяют два режима коммутации пакетов: дейтаграммный и с предварительным установлением виртуальных каналов.

Современные телефонные сети построены на технологии цифровой коммутации каналов. Тракт, установленный через совокупность цифровых коммутационных станций, можно рассматривать как виртуальный канал, по которому передаются пакеты длиной 8 бит. Конечно, такая трактовка весьма условна, но практически может оказаться полезной. В каждой цифровой коммутационной станции пакет из 8 бит задерживается. Это свойство делает цифровую коммутационную станцию похожей на коммутатор пакетов. Различие состоит в том, что в цифровой коммутационной станции дисперсия задержки пакетов равна нулю. В любом коммутаторе пакетов дисперсия может достигать существенных величин, значительно снижая качество обслуживания.

Итак, развитие технологии коммутации каналов привело к тому, что в ней появились некоторые свойства, близкие к коммутации пакетов. Модернизация метода коммутации каналов продолжается. Появились технологии быстрой коммутации каналов (Fast Circuit Switching) и динамического синхронного режима переноса (Dynamic Synchronous Transfer Mode). Более того, некоторые специалисты отмечали, что для NGN потребуется разработка нового метода распределения информации, который, по всей видимости, будет более похож на коммутацию каналов. Поэтому безапелляционные высказывания о пакетной коммутации, как о единственном методе распределения информации в NGN, не стоит принимать за аксиому. Методы коммутации пакетов для информации, критичной ко времени задержки, основаны на установлении виртуальных каналов. Сама природа этого процесса близка к коммутации каналов. Конкурируя между собой, оба метода распределения информации стали заимствовать друг у друга некоторые черты.

1.4 Развитие сети доступа

Первые сети доступа представляли собой совокупность абонентских линий. Первые АЛ были созданы на базе воздушных линий связи. Провода обычно подвешивались на столбах. Подведение проводов к телефонной станции осуществлялось через специальные стойки. Суммарное число проводов, которые должны были подключаться к коммутаторам, исчислялось десятками и даже сотнями. Высота соответствующих стоек достигала на некоторых телефонных станциях 13 метров.

Можно утверждать, что за более чем столетний период в системах коммутации периодически происходили заметные изменения. Развитию сетей доступа свойственны иные законы. После появления двухпроводных АЛ начался период, который можно считать стагнацией. Двухпроводные физические цепи надолго стали практически единственным средством построения сетей доступа. Хорошо известно, что такой способ построения сети доступа экономически неэффективен, но приемлемого решения никто не нашел.

Можно выделить две группы причин сложившейся ситуации. Во-первых, высокие цены на оборудование передачи и коммутации не позволяли эффективно строить сети доступа за счет установки выносных концентраторов. Во-вторых, услуги, востребованные абонентами, могли предоставляться за счет пропускной способности канала тональной частоты (0,3-3,4 кГц), который был специфицирован для ТфОП. Эти услуги не всегда имели отношение к трафику речи. Сеть доступа использовалась для телеграфной связи, передачи данных с низкой и средней скоростями, а также для охранной сигнализации.

За два последних десятилетия XX века существенно снизились цены на цифровые системы передачи. Были разработаны цифровые системы коммутации, содержащие в составе комплекса аппаратно-программных средств выносные концентраторы. В результате появилась возможность снизить затраты на построение сети доступа даже при неизменном перечне услуг, предлагаемых абонентам ТфОП.

Затем начал формироваться платежеспособный спрос на услуги, поддержка которых потребовала существенного расширения полосы пропускания сети доступа. Эти услуги в конечном счете можно отнести к функциональным возможностям "triple-play services", которые подразумевают возможность обмена информацией в трех видах: речь, данные и видео. Успехи телекоммуникационных технологий позволили разработать ряд новых вариантов модернизации сетей доступа. В некоторых случаях полностью или частично использовались эксплуатируемые многопарные кабели. Другие решения опирались на иные среды распространения сигналов.

1.5 Конвергенция в телекоммуникациях

Из вышеприведённого анализа следует, что наблюдается коренные, глубинные изменения в потребности в услугах, а, следовательно, и в способе их предоставления. Одним из доминирующих процессов в телекоммуникациях стала конвергенция.

Конвергенция - возникновение сходства в строении и функциях у систем, изначально далеких по происхождению и назначению.

В телекоммуникационных системах компания Cisco выделяет три аспекта конвергенции:

конвергенция сетей;

конвергенция управления;

конвергенция приложений.

1.5.1 Конвергенция сетей

Укрупнение телекоммуникационного бизнеса и появление холдингов, объединяющих сети нескольких специализированных операторов (фиксированной связи, мобильной связи и передачи данных), а также острая конкурентная борьба за абонента, обусловили появление нового класса услуг. Они обеспечивают, прозрачно для абонента, взаимопроникновение сетей и услуг, специфичных для одной, определённой телекоммуникационной среды, в другую за счёт шлюзования.

Процесс конвергенции, зачастую, нуждается в привлечении интеллекта, с помощью которого согласуются протоколы (SDH, ATM, FR, IP) и технологии передачи (VoIP, VoATM, VPN). Роль таких согласующих устройств на сетях операторов обычно выполняют мультисервисные сетевые устройства, обычно поддерживающие ATM и MPLS, IP и FR.

При конвергенции сетей несколько в корне различающихся сетей сливаются в одну. При этом повышается эффективность сети. Операторы переходят от множества наложенных сетей, требующих отдельного управления и техобслуживания, к одной сети, ядром которой, как правило, является сеть IP/MPLS.

Сетевая конвергенция позволяет вводить современные услуги. Следующая волна Интернета будет формироваться конечным пользователем, которому потребуются эти инновационные приложения и услуги.



1.5.2 Конвергенция управления

Конвергенция управления заключается в том, что оператор должен предоставлять услуги, осуществлять биллинг и управлять услугами, предоставляемыми во всех средах доступа.

При этом повышаются требования к интеллектуализации прикладного уровня и оборудования абонента. Хорошим примером этому может служить концепция «triple play services», предполагающая передачу речи, видео и данных в рамках одной сети. При использовании беспроводных средств передачи данных получается «triple play в движении», или «quadruple play».

1.5.3 Конвергенция приложений

Рост числа сетей различного назначения привёл к появлению большого числа различных сетевых приложений и информационных услуг. Специфика деятельности абонентов требует минимизации времени, затрачиваемого потребителем на выбор правильного терминала и алгоритма доступ к необходимой услуге.

В конечном итоге все современные терминалы, в той или ной степени, являются специализированными или универсальными персональными компьютерами. А цифровые коммутаторы различного назначения - это специализированные или универсальные серверы телекоммуникационных услуг. Таким образом, цифровизация существующих телекоммуникационных сетей является отправным пунктом на пути эволюции разнородных сетей в единую, прозрачную для пользователя, мультисервисную среду.

Понятие конвергентные сети ассоциируется в общественном сознании, в основном, со средой Ethernet и IP-приложениями. Несколько лет назад велась массированная реклама интегральных решений на базе этих технологий, которые демонстрировали техническую реализуемость слияния любых услуг в «универсальной» цифровой среде, обеспечивающую доставку произвольного трафика. Однако, специфика операторской деятельности заключается в необходимости сохранения инвестиций и невозможности отказа от существующей телекоммуникационной инфраструктуры в пользу новых сред и технологий. Помимо этого, для оператора очень важным фактором при принятии решений является не только запас по масштабированию производительности, но и маркетинговый запас решения, то есть развитый механизм контроля качества предоставляемых услуг, возможность прогнозирования пиковых нагрузок и планирования модернизации узлов сети.

Доминирующую роль в конвергенции приложений будут играть web-сервисы. Примером тому может служить хорошо управляемая сеть взаимосвязанных сайтов, предлагаемая компанией BT в качестве сети связи нового поколения - 21st Century Network.

1.6 Выводы по главе 1

1. Критерием развития телекоммуникаций являются услуги и способы их предоставления.

2. Эволюция техники коммутации, транспортной сети, систем передачи, сетей доступа определяется требованиями пользователя и происходит в направлении унификации способов предоставления услуг.

3. Конвергенция телекоммуникаций происходит, по меньшей мере, на трёх уровнях - сетей, управления и приложений.



Глава 2. Анализ принципов построения NGN

2.1 Определение NGN

Учитывая новые реалии рынка, характерными особенностями которых являются: открытая конкуренция операторов в связи с дерегулированием рынков, взрывной рост цифрового трафика, например, в связи с увеличением использования сети Интернет, повышение спроса на новые мультимедийные услуги, рост потребности в общей мобильности связи, конвергенция сетей и услуг связи и т. д., NGN считают конкретной реализацией GII (глобальной информационной инфраструктуры).

Существует несколько подходов к определению NGN. Однако все они основываются на принципах организации способов предоставления услуг. Одно из наиболее корректных определений звучит следующим образом: «сети следующего поколения - это всеохватывающее понятие для инфраструктуры, реализующей перспективные услуги, которые должны быть в будущем предложены Операторами мобильных и фиксированных сетей, одновременно с продолжением поддержки всех существующих на сегодняшний день услуг. Сети следующего поколения используют пакетные технологии передачи и коммутации, базируются на физическом слое оптических каналов, обеспечивают полноценное взаимодействие с существующими сетями» [19].

2.1.1 Задачи NGN

Согласно международным рекомендациям, сети NGN должны выполнять следующие функции:

способствовать честной конкуренции;

поощрять частные инвестиции;

определять принципы архитектуры и возможности для приведения в соответствие с различными регламентирующими требованиями;

обеспечивать открытый доступ к сетям;

обеспечивать универсальное предоставление услуг и доступ к ним;

способствовать обеспечению равных возможностей для всего населения;

способствовать разнообразию содержания, включая культурное и языковое разнообразие.

2.1.2 Основные характеристики NGN

Основными характеристиками сетей NGN являются:

передача с пакетной коммутацией;

разделение функций управления между пропускной способностью канала-носителя, вызовом/сеансом, а также приложением/услугами;

развязка между предоставлением услуг и транспортировкой и предоставление открытых интерфейсов;

поддержка широкого спектра услуг, приложений и механизмов на основе унифицированных блоков обслуживания (включая услуги в реальном масштабе времени, в потоковом режиме, в автономном режиме и мультимедийные услуги);

возможности широкополосной передачи со сквозной функцией QoS (качества обслуживания);

взаимодействие с существующими сетями с помощью открытых интерфейсов;

универсальная мобильность;

неограниченный доступ пользователей к разным поставщикам услуг;

разнообразие схем идентификации;

единые характеристики обслуживания для одной и той же услуги с точки зрения пользователя;

сближение услуг между фиксированной и подвижной связью;

независимость связанных с обслуживанием функций от используемых технологий транспортировки;

поддержка различных технологий "последней мили";

выполнение всех регламентирующих требований, например, для аварийной связи, защиты информации, конфиденциальности, законного перехвата и т. д.

2.1.3 Возможности NGN

Сеть NGN должна предоставлять возможности (транспортные ресурсы, протоколы и т. д.) для целей создания, развертывания и управления всеми возможными видами услуг (известными или пока не известными). Сюда входят услуги, использующие среду разного вида (аудио, визуальную, аудиовизуальную) со всеми типами схем кодирования и услуги передачи данных, диалоговые, с адресацией конкретному устройству, групповой адресацией и вещанием, услуги передачи сообщений, простой передачи данных в реальном масштабе времени и в автономном режиме, с регулированием задержки и устойчивые к задержке услуги. Услуги с различными требованиями к ширине полосе от нескольких кбит/с до сотен Мбит/с, с гарантированной полосой или без нее, должны поддерживаться в рамках возможностей технологии транспортировки. В NGN делается особый упор на обеспечение соответствия требованиям заказчика со стороны поставщиков услуг, причем некоторые из поставщиков будут предлагать своим клиентам возможность настройки своих собственных услуг. NGN должна включать связанные с обслуживанием интерфейсы программирования приложений (API), чтобы поддерживать создание, предоставление и управление услугами.

2.2 Модели NGN

2.2.1 Основная эталонная модель NGN

Одной из основных характеристик NGN служит развязка между услугами и транспортировкой, что позволяет предлагать их отдельно и развивать независимо. Поэтому в архитектуре NGN должно быть четкое разделение между функциями обслуживания и функциями транспортировки. NGN позволяет предоставлять как существующие, так и новые услуги вне зависимости от используемой сети и типа доступа.

Таким образом, в базовой функциональной модели NGN выделяют два слоя: транспортный и сервисный.

Транспортный слой включает в себя уровни 1 - 3 ЭМВОС. Он обеспечивает перенос информации между двумя географически разделёнными точками. В частности, транспортный слой обеспечивает обмен информацией между следующими объектами:

пользователь - пользователь;

пользователь - сервисная платформа;

сервисная платформа - сервисная платформа.

Вообще говоря, в транспортном слое могут применяться все типы сетевых технологий, а именно: ориентированная на соединение коммутация каналов (connection-oriented circuit-switched - CO-CS), ориентированная на соединение коммутация пакетов connection-oriented packet-switched - CO-PS), неориентированная на соединение коммутация пакетов (connectionless packet-switched - CLPS). Однако для построения NGN предпочтение отдаётся технологии IP с поддержкой качества обслуживания.

Сервисный слой может включать в себя сложный набор географически распределённых сервисных платформ или в простейшем случае набор функций, реализованный двумя конечными пользователями. Для предоставления полного набора услуг в сервисный слой включаются прикладные функции. Примерами служб, реализуемых на данном уровне, могут быть передача речи, данных, видео или любая их комбинация. На рисунке 2.1 приведён пример услуг (сервисов), обеспечиваемый сетью NGN.



Рисунок 2.1. Разделение услуг и транспорта в NGN

Каждый слой содержит один или несколько уровней. Уровень состоит из трёх плоскостей:

плоскость пользователя;

плоскость контроля;

плоскость менеджмента.

Рисунок 2.2. Основная эталонная модель NGN.

2.2.2 Обобщённая функциональная модель NGN

Для построения сети, удовлетворяющей концепции GII, в функциональной модели NGN ITU выделяет три категории объектов: функции, сервисы, ресурсы. Сервисы реализуются различными функциями с помощью доступных ресурсов. Один и тот же сервис может реализовываться разным набором функций и наоборот, одна функция может использоваться для реализации различных сервисов. Их взаимосвязь показана на рисунке 2.3. Функции NGN показаны на рисунке 2.4.

Рисунок 2.3 Обобщённая функциональная модель NGN



Рисунок 2.4 Функции NGN

2.3 Архитектура сети NGN

Архитектура сети связи, построенной в соответствии с концепцией NGN, представлена на рисунке 2.5.

Основу сети NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей. В состав транспортной сети NGN могут входить:

транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации;

оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети;

контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями;

шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи (ТФОП, СПД, СПС).

Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему коммутации, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг. Назначением транспортной сети является предоставление услуг переноса. Реализация инфокоммуникационных услуг осуществляется на базе узлов служб (SN) и/или узлов управления услугами (SCP).

Рисунок 2.5. Сеть, построенная в соответствии с концепцией NGN.

SN является оборудованием поставщиков услуг и может рассматриваться в качестве сервера приложений для инфокоммуникационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием пользователя. SCP является элементом распределённой платформы ИСС и выполняет функции управления логикой и атрибутами услуг. Совокупность нескольких узлов служб или узлов управления услугами, задействованных для предоставления одной и той же услуги, образуют платформу управления услугами. В состав платформы также могут входить узлы административного управления услугами и серверы различных приложений. Оконечные/оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен за счет добавления функций предоставления услуг. Для построения таких узлов может использоваться технология гибкой коммутации (Softswitch).

Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI, Форумом 3GPP и т.д. Для управления услугами будут использованы протоколы H.323, SIP и подходы, применяемые в интеллектуальных сетях связи.

2.4 Преимущества и недостатки NGN

2.4.1 Преимущества NGN

Построение единой конвергентная сеть

Это является основным преимуществом концепции NGN. Создание единой конвергентной сети, как было отмечено выше, стало возможно при развитии инфокоммуникаций и проникновении электронно-вычислительной техники в классическую телефонную среду.

Снижение эксплуатационных расходов

При использовании одной конвергентной сети вместо нескольких специализированных уменьшается число необходимого обслуживающего персонала. Уменьшается число разнородного оборудования. Мониторинг сети осуществляется эффективнее за счёт применения одного центра эксплуатации.

Эффективное управление сетью

При внедрении сети NGN упрощается управление сетью. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, объединением специализированных сетей в одну, и, во-вторых, применением технологий пакетной коммутации на базе протокола IP. В традиционных сетях с коммутацией каналов не предусматривается ремаршрутизация в случае перегрузки конкретного направления (если не осуществлено полноценное внедрение TMN). Основным же свойством пакетных сетей является динамическая маршрутизация. При правильной настройке данное свойство может существенно повысить суммарную производительность сети. Применение пакетной коммутации позволяет организовывать обходные пути и при отказе некоторых элементов транспортной сети.

Простота создания корпоративных сетей

Применение NGN упрощает создание корпоративных сетей. При классическом подходе к построению сетей предприятию необходимо отдельно арендовать канал доступа в интернет и определённое количество телефонных линий, причём зачастую у разных операторов. Применение единого транспорта даёт возможность обойтись всего одним подключением. Кроме того, создание корпоративной сети на базе IP-телефонии (VPN) позволяет использовать на предприятии единый пул сокращённых телефонных номеров. Стоит отметить, что интеллектуальная сеть на базе коммутации каналов также позволяет организовать подобную услугу, однако она не нашла широкого применения из-за высокой стоимости и ограниченных функциональных возможностей.

Возможность организации распределённых контакт-центров

Внедрение NGN позволяет организовывать распределённые контакт-центры. Сотрудники предприятия, использующего данную функциональность, могут в определённых случаях вообще не выходить из дома. Традиционные контакт-центры также могут предоставлять такую возможность, однако применение IP позволяет не покупать отдельный телефонный номер, а использовать динамически назначаемый IP-адрес.

Создание распределённого контакт-центра особенно важно для транснациональных компаний. Использование архитектуры «follow the sun» позволяет организовать круглосуточную техподдержку с использованием сотрудников различных стран.

Поддержка разнородных услуг

Сеть NGN позволяет организовать поддержку услуг совершенно противоположными свойствами - от телеметрии до широкополосного видео. Пользователю может быть предоставлена такие полоса пропускания и качество обслуживания, какие он закажет.

Снижение энергопотребления

В концепции NGN предполагается, что многие терминалы будут сами формировать цифровой сигнал, т.е., функции абонентского комплекта выносятся из станции в само абонентское оборудование, в частности, электропитание.

Поддержка информационной экономики

Данный пункт особенно актуален для РФ. Создание NGN потребует развития высокотехнологичного производства. Информационные технологии являются возобновляемым ресурсом, который в будущем может и должен стать основой развитой экономики.

2.4.2 Недостатки NGN

Наряду с явными достоинствами, сети NGN, на сегодняшний день, имеют ряд недостатков, которые необходимо отметить для полного формирования представления о сетях связи следующего поколения.

Отсутствие чёткой нормативной базы

Одним из важнейших факторов, тормозящих развитие NGN, является отсутствие чёткой нормативной базы, определяющей архитектуру NGN. Фактически, единственным официальным документом министерства связи РФ, являются «концептуальные положения» [14], определяющие принципы построения сети на самом общем уровне. Для выбора конкретной технологии оператору необходимо обладать решительностью и богатым собственным опытом, который не всегда подсказывает оптимальные решения. Зачастую операторам и производителям самим приходится составлять требуемые документы [13].

Взаимодействие оборудования разных поставщиков

При отсутствии чёткой нормативной базы часто возникает проблема взаимодействия оборудования разных поставщиков. В мае прошлого года завершена первая фаза испытаний, в ходе которой изучалась функциональность оборудования и определялась возможность его использования при модернизации телефонной сети. Практически ни один из производителей не прошел все тесты без ошибок. В процессе доработки оборудования и повторных испытаний была снята примерно треть замечаний. Оставшиеся можно разделить на следующие основные группы:

расхождение в реализации протоколов, вызванные неоднозначностью спецификаций;

трансляция ошибок, генерируемых Softswitch-оборудованием, в сеть ОКС-7 через протоколы SIGTRAN;

использование фирменных (нестандартизованных) протоколов;

ограничения при передаче сигналов аналоговых модемов и факсов;

ограниченная поддержка функций v5.2.

Несомненно, данные недоработки в дальнейшем будут устранены, но они снижают доверие потенциальных покупателей оборудования, тем самым отодвигая сроки окончательной доработки функциональности.

Недостаточные надёжность и живучесть

Надежность ТфОП в последние 10-15 лет оценивается коэффициентом готовности, который выражается в числе “девяток” и равен “5 девяткам”, т.е. 99.999%. Это очень высокий показатель. Для сравнения:

99% - простой 3,7 дней в год;

99.9% - простой 9 часов в год;

99.99% - простой 53 мин. в год;

99.999% - простой 5,5 мин. в год .

Архитектура NGN предполагает применение на транспортном уровне пакетной коммутации, а традиционное оборудование данных для IP не обеспечивает готовности «5 девяток». Надежность компьютерных систем сегодня оценивается величиной Кг = 98, 5. Эта величина определяется не только сетью ПД, но и реализацией приложений с использованием серверов и хост-машин.

Рисунок 2.6 Причины системной ненадёжности

В сети NGN надёжность также определяется на двух уровнях - транспортном и уровне приложений, соответственно, коэффициент готовности системы определяется как произведение коэффициентов готовности её составляющих.

Надёжность транспортной системы целиком и полностью определяется оператором. А вот надёжность уровня приложений может зависеть как от оператора (в случае предоставления всего спектра услуг оператором), так и от сторонних провайдеров (например, при применении аутсорсинга).

Надёжность серверов приложений может находиться в зависимости не только от оператора, предоставляющего транспортную сеть, но и от поставщика контента. Кроме того, необходимо учитывать специфику предоставляемых услуг. Например, простой сервера электронной почты в течение получаса не сопоставим по экономическим и «имиджевым» потерям с получасовым отсутствием телефонной связи.

Следует особо отметить проблему живучести NGN. Живучесть - способность системы противостоять воздействию извне. Цифровую телефонную станцию практически невозможно «положить» злонамеренно. Сеть ОКС - выделенная и получить несанкционированный доступ к ней практически нереально. В сетях NGN сигнализация и пользовательские данные передаются по одной среде, что, в принципе, не исключает возможность атак на устройства управления сетью NGN.

Проблема качества обслуживания

На сегодняшний день нет чёткого ответа на вопрос обеспечения качества обслуживания. Очевидно, что при переходе от традиционных сетей к сетям следующего поколения качество обслуживания, по меньшей мере, не должно ухудшиться. Сегодня многие маршрутизаторы, используемые на магистральных участках интернет, не поддерживают приоритезацию трафика, следовательно, в инфраструктуре NGN использовать их будет нельзя. Потребуется замена очень больших объёмов оборудования.

Не до конца определена и технология обеспечения качества обслуживания. На ранних этапах развития мультисервисной сети предлагалось использовать АТМ, которая блестяще справлялась с поставленной задачей. К сожалению, решения с применением АТМ оказались слишком дорогими. Несколько лет назад основным механизмом обеспечения QoS в NGN считали MPLS. Однако сегодня это утверждение не может быть воспринято безусловно. Появляются предложения использования Ethernet в качестве транспортной технологии.

Таким образом, вопрос обеспечения качества обслуживания в NGN остаётся открытым.

Недостаточная квалификация персонала

Одной из проблем NGN является недостаточная квалификация персонала основных операторов. Опыта и знаний в данной области не хватает всем, однако в нашей стране эта особенность выражена наиболее явно. В реальном понимании как технических, так и коммерческих законов NGN специалисты не обладают достаточной квалификацией.

Проблема контента

Одной из главных проблем является недостаточная зрелость услуг нового поколения в новой бизнес-модели. Многие интернет-провайдеры жаждут интересного контента, однако никто не хочет платить за его разработку. Для нормального развития сетей NGN необходим мощный и качественный контент.

Представляется два сценария его формирования: оптимистический и пессимистический. При первом сценарии каждый человек становится генератором контента, при втором этого не происходит. На сегодняшний день в пользу первого варианта развития событий говорит существование пиринговых сетей обмена информацией. Однако в таких сетях, сплошь и рядом, происходит нарушение авторских прав. Пользователь, фактически, платит не за информацию, а лишь за переданный трафик. Будущее данного вида обмена информацией весьма неопределённое.