МИНИСТЕРСТВО  ПО РАЗВИТИЮ  ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ  И  КОММУНИКАЦИЙ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

 

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

ФАКУЛЬТЕТ «ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

 

 

 

 

КАФЕДРА  «ИНЖИНИРИНГ  ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ»

 

                              

                                     МЕТОДИЧЕСКОЕ  ПОСОБИЕ

по дисциплине  “Конвергентные сети следующего поколения”

   для студентов, обучающихся по направлению образования:

5311300– Телекоммуникации

 

 

                                                            Составитель: Мурадова А.А.                                                                                                    

 

     

 

Ташкент 2015

 

Аннотация

 

Данное методическое пособие призвано помочь студентам  самостоятельно  изучить  основные положения  конвергентных сетей следующего поколения  и практическое  использование построения современных телекоммуникационных сетей. Темы лекционных работ  расположены в соответствии  с программой  дисциплины, изучаемой  в  8 семестре   студентами  направления  5311300- Телекоммуникация.

Каждая тема призвана ознакомить студентов с основным оборудованием конвергентных сетей следующего поколения, внутренним построением, функций каждой платы, назначением каждого уровня и используемые протоколы передачи информации, технологии, применяемые на каждом уровне конвергентных сетей следующего поколения.

 

 

 

 

                                                   Предисловие

 

Содержание каждой лекционной работы  включает:

-  план работы;

- рассматриваемые задачи при изучении лекции;

- лекционный материал по рассматриваемым задачам;

- примеры рассматриваемых схем телекоммуникации, таблицы данных, оборудование  и расположение плат каждого оборудования;

-контрольные вопросы.

На  каждой лекционной работе студент получает задание на   самостоятельную работу  в виде темы самостоятельной работы.

После проверки  преподавателем уровня знаний студентов  в аудитории  проводится анализ и  оценка проделанной  студентами работы.

         На лекционном занятии  особое внимание  уделяется тому, насколько глубоко усвоен материал, выясняются вопросы, которые были непонятны при самостоятельной  работе.      

 

 

      

                                               ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . .		6
1	Введение. Цели, задачи и актуальность дисциплины…………………………………………………	8
2	Основные понятия и определения конвергентных сетей следующего поколения. Архитектура конвергентных сетей нового поколения.......................................................	23
3	Оборудование конвергентных сетей следующего поколения..............................................................................	42
4	Основные протоколы конвергентных сетей следующего поколения................................................................................	74
5	Технологии конвергентных сетей следующего поколения................................................................................	100
6	Мультимедийные  услуги конвергентных сетей следующего поколения...................................................	140
7	Обеспечение качества  обслуживания  (QoS)  для будущих конвергентных сетей…………………………….	150
8	Транспортный уровень конвергентных сетей следующего поколения. Многопротокольная архитектура транспортных сетей………………………….	181
9	Уровень управления конвергентных сетей следующего поколения. Многоуровневая архитектура Softswitch........	190
10	Конвергенция мобильных и проводных сетей. Архитектура IMS...................................................................	222
11	Уровень управления услуг конвергентных сетей следующего поколения..........................................................	256
12	Применение решений конвергентных сетей следующего поколения для развития сетей связи....................................	277
	Литература	316э

        

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

         Дисциплина “Конвергентные сети следующего поколения” относится к числу  специальных дисциплин для подготовки бакалавров по направлению «Телекоммуникации».

Предметом дисциплины “Конвергентные сети следующего поколения”  является изучение принципов построения конвергентных сетей следующего поколения  и принципов работы  основного оборудования, а также изучения основных принципов установления  оборудования с помощью программного обеспечения NetNumen U31.

Основными задачами  дисциплины являются:

1.                Ознакомление с оборудованием конвергентных сетей следующего поколения.

2.                Освоением функциональных схем  оборудования цифрового коммутатора  ZXJ10, оборудования медиашлюза ZXMSG 9000, оборудования программного коммутатора Softswitch ZXSS10 SS1b,  оборудования Мини MSAN ZXDSL 9806H с помощью программного обеспечения NetNumen U31.

3.                Освоении методов организации связи между сетью  NGN  и IP сетью филиалов ТАТУ.

4.                Добавлении пользователя H.248 к оборудованию ZXSS10-SS1b с помощью программного обеспечения NetNumen U31.

5.                Обслуживание  телефонных вызовов в коммутационной  системе  ZXJ10.

        Для изучения дисциплины требуются знания принципов построения телекоммуникационных сетей, их оборудование, конфигурация, ремонт, телефонные аппараты, основные параметры и другие устройства, принципы построения мультисервисных сетей и перспективы развития; вычислительной техники и информационных технологий, основ построения инфокоммуникационных систем и сетей.

      В свою очередь, данная дисциплина, помимо самостоятельного значения, является предшествующей дисциплиной для дисциплин «Системы коммутации», «Сети связи», «Сети и системы радиосвязи», «Проектирование и эксплуатация сетей связи».

       В результате изучения дисциплины у студентов должны сформироваться знания, навыки и умения, позволяющие самостоятельно проводить анализ информационных процессов в сетях связи и системах коммутации,   знать системы сигнализации, нумерации, синхронизации, принципы технической эксплуатации сетей связи и систем коммутации,  уметь определять возможности принципов построения конвергентных  сетей  следующего поколения, их оборудования, конфигурации, ремонта, оборудования Softswitch (программный коммутатор) ZTE ZXSS10 SS1b,  Softswitch сервера,  ZXJ10 (система коммутации),  IP switch (IP коммутатор) ZTE ZXR105952E, NMS сервера (сервер управления сетью), IP телефонного аппарата и других устройств, принципов построения  и перспектив развития сетей  следующих поколений и мультисервисных сетей, структурно-топологические особенности конвергентных  сетей  следующего поколения, функциональные схемы, анализа и определения их особенностей, различные технологии применяемые при  построении конвергентных  сетей  следующего поколения. Приобрести навыки: -  оптимального структурно-топологического  построения конвергентных  сетей  следующего поколения, оптимальных вариантов различных технологий применяемых при  построении конвергентных  сетей  следующего поколения, расположение оборудования конвергентных  сетей  следующего поколения и мультисервисных сетей.

Дисциплина “Конвергентные сети следующего поколения” изучается студентами направления 5311300- Телекоммуникации. “Конвергентные сети следующего поколения изучаются в 8 семестре и включают в себя лекции и лабораторные работы.   

В данном методическом пособии представлены материалы для проведения лекционных работ. Каждая работа содержит теоретические сведения, контрольные вопросы.

 

 

 

 

 

 

Лекция 1

 

Введение. Цели, задачи и актуальность дисциплины

 

План лекции

 

1.1. Введение. Цель, функции, состав дисциплины и рассматриваемые задачи.

1.2. Взаимосвязь с квалификационными  требованиями  по специальности.

1.3.Основы построения информационного общества в Республике Узбекистан.

 

1.1. Введение. Цель, функции, состав дисциплины и рассматриваемые задачи

Достижения электронной техники за последнее десятилетие привели к настоящему буму в области телекоммуникаций. Связь, находящаяся в статическом состоянии еще с середины 1980-х годов, сегодня превратилась в бурно развивающуюся отрасль, приносящую операторам значительные прибыли.

Пользователи получили доступ к услугам, о которых 10–15 лет назад и не задумывались. E-mail, Интернет, сотовый телефон стали обычными атрибутами повседневной жизни. За короткое время мы так привыкли к практически ежедневному появлению всевозможных новинок, что сами начали выдвигать требования по предоставлению новых услуг и приложений.

Пользователю уже недостаточно просто поговорить по домашнему телефону. Мы хотим иметь возможность позвонить своим друзьям или коллегам, находясь на улице, в поезде, на корабле, в любой точке земного шара.

Нам уже недостаточно иметь несколько разных номеров, принадлежащих разным сетям (телефонная сеть общего пользования, мобильная сеть, Интернет и т.д.). Мы хотим иметь один персональный номер, который позволял бы однозначно определять нас и направлять входящий звонок к терминалу, подключенному к сети, в которой мы находимся в данный момент.

Целью дисциплины “Конвергентные сети следующего поколения”  является обучение  студентов знаниям  современных сетей телекоммуникации, принципам пакетных сетей и процессам передачи  информации в этих сетях.

В состав дисциплины входят такие разделы как: оборудование сетей, стативы, конфигурация, функции, расположение, принципы коммутации и маршрутизации, обеспечение качества обслуживания (QoS), передача аудио, видео и другой информации по протоколу   IP,  элементы, назначение новых пассивных оптических сетей NG-PON, сети IPTV, мультисервисная подсистема IP-IMS,  функциональные схемы и возможности программного коммутатора  Softswitch ZXSS10SS1b и  цифрового коммутатора ZXJ10,  сценарии взаимодействия двух устройств IP телефонии  при использовании  команд и сообщений RAS, сценарий построения сети на базе протокола SIP, сообщения SIP, организация связи между сетью  NGN  и IP сетью филиалов ТУИТ, принципы ремонта оборудования  сетей следующих поколений.

В задачи дисциплины входят:

1)               Принципы построения конвергентных  сетей  следующего поколения

2)               Основное оборудование входящее в состав архитектуры конвергентных  сетей  нового поколения

3)               Назначение и принципы работы каждого обрудования всех уровней архитектуры конвергентных  сетей  нового поколения

4)               Программное обеспечение каждого оборудования

5)               Мультимедийные  услуги конвергентных сетей нового поколения

6)               Обеспечение качества  обслуживания  (QoS)  для будущих конвергентных сетей

7)               Технологии конвергентных сетей нового поколения

8)               Многопротокольная архитектура транспортных сетей

9)               Конвергенция мобильных и проводных сетей. Архитектура IMS

10)         Применение решений конвергентных сетей нового поколения для развития сетей связи.

Актуальность дисциплины заключается в постепенном переходе к конвергентным  сетям  нового поколения, их использованию  в телекоммуникационных сетях по всему миру, а также повсеместному  внедрению широкополосных услуг  на телекоммуникационных сетях.

Постепенный переход к конвергентным  сетям  нового поколения заключается в понимании основных проблем  телефонных сетей общего пользования (ТфОП) и решении этих проблем путем перехода к современным сетям.

 

1.2. Взаимосвязь с квалификационными  требованиями  по специальности

Дисциплина “Конвергентные сети следующего поколения”  обучаемая в производственно-технической сфере по Государственному  образовательному стандарту  Высшего образования состоит из следующих  разделов, необходимых в инженерном деле: оборудование сетей, стативы, конфигурация, функции, расположение, принципы коммутации и маршрутизации, обеспечение качества обслуживания (QoS), передача аудио, видео и другой информации по протоколу   IP,  элементы, назначение новых пассивных оптических сетей NG-PON, сети IPTV, мультисервисная подсистема IP-IMS,  функциональные схемы и возможности программного коммутатора  Softswitch ZXSS10SS1b и  цифрового коммутатора ZXJ10,  сценарии взаимодействия двух устройств IP телефонии  при использовании  команд и сообщений RAS, сценарий построения сети на базе протокола SIP, сообщения SIP, организация связи между сетью  NGN  и IP сетью филиалов ТУИТ, принципы ремонта оборудования  сетей следующих поколений.

Данная дисциплина  взаимосвязана со следующими дисциплинами: “Высшая математика”, “Теория вероятности и математическая статистика”, “Физика”, “Теория электсрических цепей”, “Теория электсрической связи”, “Электроника и схнмотехника”, “Электромагнитные поля и волны”, “Цифровые устройства и микропроцессоры”, “Теория распределения информации” и требует  необходимых знаний и навыков  по этим дисциплинам.

Полученные теоретические и практические знания по данным курсам  при изучении дисциплины “Конвергентные  сети  следующего поколения”  являются мостом глубокого освоения общей теории дисциплины.

 

1.3. Основы построения информационного общества в Республике Узбекистан

Президент  Республики Узбекистана И.А. Каримов на  совместном заседании Законадательной палаты и Сената отметил: «Опираясь на опыт передовых  стран, можно заметить, что при подготовке кадров  и повышении качества подготовки особое внимание уделяется мерам, направленным на качественную  деятельность  сферы информационных технологий».

      В настоящее  время в Республике Узбекистан  очень быстрыми темпами идет развитие информационных технологий. В трудах Президента И.А Каримова огромное внимание уделено проблемам образования, сформировано важное положение: «Сила в знании и мышлении». Формирование знаний человека, характера его мышления закладывается с детских лет, со школы. Не случайно, И.А.Каримов подчеркнул: «Школа-основа культуры, прогресса и процветания».

         Образование - отмечает Президент это общенациональный вопрос, Основа будущего заключается в школах. Получив хорошую подготовку в школе, ее выпускники завтра должны придти в ВУЗы. колледжи и лицеи. На формирование знания, мышления направлены «Закон об образовании, Национальная программа по подготовке кадров» Для решения этих вопросов разработаны направления, которые выключают все и строительство новых школ, оснащенных их всем необходимым.  В нашей стране уже целый ряд лет идет реформа в области подготовки кадров. Огромную роль в ее разработке и претворении в жизнь сыграл Президент Узбекистана И.А.Каримов. В ряде своих работ, в выступлениях на сессиях Олий Мажлиса он определил стратегию новой кадровой политики. На основании закона «Об образовании» и Национальной программы по подготовке кадров «в Узбекистане действует 12-летняя система» обучения, разработаны 3 этапа проведения реформ.

         Развивается информационное обеспечение образовательного процесса на базе современных информационных технологий, компьютеризации и компьютерных сетей. Повышается роль средств массовой информации в образовательном процессе, обеспечивается интеллектуализация образовательных программ телевидения и радио. Развивается издательская база науки и образования, формируется устойчивая система обеспечения учебной, учебно-методической, научной, энциклопедической и справочной литературой.

Компьютерные технологии развивают идеи программированного обучения, позволяют открывать совершенно новые, еще не исследованные технологические варианты обучения, связанные с уникальными возможностями современных компьютеров, локальных сетей и коммуникаций.

Компьютер (лат. computare - вычислять) – согласно Толковому словарю английского языка, программируемый цифровой обработчик всевозможных данных. Компьютерные (новые информационные) технологии обучения – это процессы подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которых является компьютер.

Компьютерная педагогическая технология может осуществляться в следующих вариантах: - как «проникающая» технология. Компьютерное обучение применяется для обучения по отдельным темам учебного предмета; - как «основная» технология. Может использоваться с теми учащимися, которые отсутствовали на занятиях по какой-либо причине или плохо усвоившими учебный материал; - как «монотехнология». В данной технологии все обучение, все управление учебным процессом, включая все виды диагностики и учета результатов обучения (мониторинг) опираются на возможности компьютера. После отработки учебного материала обучаемому предлагается пройти блок контроля полученных знаний.

Главной особенностью компьютерного образования является наличие компьютерной информационной среды, включающей на современном уровне базы информации (СУБД, информационные хранилищу), автоматизированных информационных технологий – гипертекст мультимедиа, микромиры, имитационное обучение, электронные сети, экспертные системы.

Базы данных используются в обучении для оперативного представления преподавателю и обучаемым необходимой информации, не включенной в учебники, руководства, наставления, технические описания, пособия, как в непосредственно дидактическом процессе, так и в режиме свободного выбора информации самим пользователем.

В функции преподавателя компьютер представляет собой: - источник учебной информации (частично или полностью замещающий преподавателя или учебник); - наглядное пособие (качество нового уровня с возможностями мультимедиа и телекоммуникации); - индивидуальное информационное пространство; - средство диагностики и контроля.

В функции рабочего инструмента компьютер может быть представлен как: - средство подготовки текстов, гипертекстов и их хранения; - текстовый редактор; - графический редактор; - средство моделирования и др.

Функция объекта обучения компьютером реализуется через следующие процессы: - программирование; - создание программных продуктов; - применение различных информационных сред.

Работа преподавателя с использованием автоматизированных информационных технологий включает в себя ряд функций: - организация учебного процесса на уровне учебной группы в целом, предмета в целом (график учебного процесса, внешняя диагностика, игровой контроль); - организация внутригрупповой активизации и координации (расстановка рабочих мест, инструктаж пользователей, управление внутрикабинетной сетью); - индивидуальное наблюдение за обучаемыми, оказание индивидуальной помощи; - подготовка компонентов информационной среды (различные виды учебно-демонстративного оборудования, учебно-наглядные пособия и т.д.).

Применение компьютеров в процессе подготовки специалистов позволяет значительно упростить данный процесс, сделать его более наглядным и интересным; широко использовать дидактические и научные материалы в ходе изучения различных тем; поднять качество образования на уровень соответствующий реалиям сегодняшнего дня. При этом грамотное и комплексное применение компьютерных технологий предоставляет обучающимся и преподавателям эффективнее использовать свое время и творческий потенциал.

          Использование возможностей интернета: ― для включения материалов сети в содержание лекции (интегрировать их в программу обучения); ― для самостоятельного поиска информации учащимися в рамках работы над проектом; ― для самостоятельного изучения, ликвидация пробелов в знаниях, умениях, навыках; ― для самостоятельной подготовки к сдаче квалифицированного экзамена экстерном; ― для систематического изучения определенного курса  дистанционно под руководством преподавателя.

Все это, вполне очевидно, разные задачи, объединенные, однако, единой целью обучения – формированием коммуникативной компетенции. Исходя из специфики предмета, зная дидактические свойства и функции сети Интернет, её возможности и ресурсы, мы можем определить, для решения каких дидактических задач могут использоваться те или иные услуги и ресурсы в сети.

Видеоконференция (англ. videoconference) — область информационной технологии, обеспечивающая одновременно двустороннюю передачу, обработку, преобразование и представление интерактивной информации на расстояние в режиме реального времени с помощью аппаратно-программных средств вычислительной техники. Взаимодействие в режиме видеоконференций также называют сеансом видеоконференцсвязи. Видеоконференцсвязь (сокращенное название ВКС) — это телекоммуникационная технология интерактивного взаимодействия двух и более удаленных абонентов, при которой между ними возможен обмен аудио- и видеоинформацией в реальном масштабе времени с учётом передачи управляющих данных. Видеоконференция применяется как средство оперативного принятия решения в той или иной ситуации; при чрезвычайных ситуациях; для сокращения командировочных расходов в территориально распределенных организациях; повышения эффективности; проведения судебных процессов с дистанционным участием осужденных, а также как один из элементов технологий телемедицины и дистанционного обучения.

     Вопросы, поднятые Президентом РУз  в докладе “Подготовка образованного и интеллектуально развититого поколения - как важнейшее условие устойчивого развития и модернизации страны”, сделанного на международной конференции, прошедшей в Ташкенте 16-17 февраля 2012 года.

Для нас высокая честь, что с участием выдающихся ученых и специалистов, руководителей и представителей известных во всем мире учебных заведений, авторитетных международных структур обсуждается сформированная в Узбекистане модель реформирования системы образования и накопленный опыт по ее реализации.Прежде всего необходимо подчеркнуть, что принятая 15 лет назад Программа по реформированию образования, получившая название Национальной программы по подготовке кадров, является неразрывной составной частью избранной нами собственной «узбекской модели» экономических и политических реформ, основанной на поэтапном, эволюционном принципе строительства нового общества в стране. Программа, являясь продуктом серьезных поисков и изысканий, обобщения опыта передовых развитых стран мира, направлена на полный отказ от насаждаемых в прошлом стереотипов и догм коммунистической идеологии, укрепление в сознании людей, и в первую очередь подрастающего поколения, демократических ценностей, говоря коротко, программа ставит своей целью формирование всесторонне развитой и самостоятельно мыслящей личности, имеющей свой взгляд, свой выбор и твердые гражданские позиции.В соответствии с принятой программой в стране введено 12-летнее всеобщее обязательное бесплатное образование по схеме 9+3. Принципиальная особенность реализуемой в стране модели прежде всего заключается в том, что после 9 лет учебы в общеобразовательной школе следующие 3 года учащиеся обучаются в специализированных профессиональных колледжах и академических лицеях, где каждый из них, наряду с общеобразовательными дисциплинами, получает профессиональную подготовку по 2-3 востребованным на рынке труда специальностям. В системе нашего образования мы придаем большое значение овладению учащимися не только широкими знаниями и профессиональными навыками, но и обязательному изучению иностранных языков как важнейшему условию активного общения со своими сверстниками из зарубежных стран, широкому познанию всего того, что происходит в современном мире, овладения огромным мировым интеллектуальным богатством.

         В целом ежегодные затраты на развитие и реформирование образования в Узбекистане составляют 10-12 процентов от ВВП, а их доля в расходах Государственного бюджета превышает 35 процентов, что само по себе является конкретным подтверждением огромного внимания, которое уделяется этой сфере. Достаточно сказать, что за истекший период закончили профессиональные колледжи и академические лицеи свыше, обратите внимание на эту цифру, свыше 2 миллионов 300 тысяч учащихся, а в текущем году завершают учебу более 500 тысяч учащихся, получая диплом специалиста средней квалификации, что является мощным стимулом не только модернизации и диверсификации экономики, но и качественного обновления кадрового состава страны.

         Проблемы ТФОП сетей:

1)   Устаревшее оборудование: Оборудование стареет с каждым годом. Некоторым ТФОП коммутаторам  более 10 лет

2)   Невозможность предоставления широкополосного доступа:  Длинный медный кабель, Старое оборудование

3)   Количество абонентов уменьшается

4)   Уменьшение выручки:  Невозможность предоставления новых услуг

5)   Увеличение затрат:  Сложная структура сети,  Дорогие запчасти

6)   Различное оборудование различных вендоров

Широкополосный доступ – основа развития фиксированных сетей. Широкополосный сервис лидирует в развитии фиксированных сетей.

 

Рис. 1.1.  Количество пользователей широкополосных и голосовых услуг

 

Рис. 1.2.  Доходы от предоставления широкополосных и голосовых услуг

 

Рис.1.3. NGN является решением для замены ТФОП

Рис.1.4. NGN сеть основана на стандартных протоколах

Рис. 1.5. Достоинства перехода к NGN

 

Достоинства: Упрощенная структура сети, Экономность: уменьшение занимаемой площади, количества стоек, потребляемой мощности,  Уход от устаревшего оборудования ТФОП,  Уход от малых емкостей ТФОП коммутаторов,  Возможность предоставления высокоскоростного широкополосного доступа,   Простота обновления версии ПО и обслуживания оборудования.

 

Оборудование коммутатора:  ZXSS10 SS1b Soft switch

Функции: Управление обработкой вызовов, Адаптация протоколов уровня,  доступа, Взаимодействие с другими системами,  Поддержка уровня приложений. Емкость:  Максимальная емкость сигнальных линков: 1,000,000,   Максимальная абонентская емкость : 2,000,000 ,   Максимальная нагрузка: 3M ЧНН/полка. Надежность:  Максимальное время восстановления: меньше 3 мин.

        Протоколы: Управление медиа (H.248, SIP, MGCP),  Обработка вызовов (ISUP/TUP over IP, SIP-T, H.323, BICC) ,  Уровень приложений (INAP, RADIUS). Достоинства Soft switch ZXSS10 SS1b: Географическое резервирование, Мощная маршрутизация , NGN применяется как  C4, C5, междугородняя станция,..., Широко применима во всем мире, Возможность перехода к PES/PSS, P/I/S-CSCF, MGCF and AGCF ….. без замены оборудования,  3M вызовов в ЧНН/ 1 полка,  30M вызовов в ЧНН/ 10 полок,  В NGN индустрии только  ESPC плата Софт Свича  SS1b поддерживает множество сервисов и протоколов,  Множество протоколов, Множество интерфейсов,  Успешное взаимодействие со многими вендорами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.6. Резервирование ZXSS10 SS1b

 

•              Шлюзы доступа, медиашлюзы и IP-терминалы (например, SIP-телефон, IAD, и т.д.) могут работать под  управлением одного  Soft Switch SS1b.

•              В случае аварии на SoftSwitch SS1b, шлюзы и терминалы могут переключиться на другой Soft Switch.

Рис.1.7.  Биллинг решение для конвергентных сетей  следующего поколения

 

На телекоммуникационных сетях  Республики  Узбекистан происходит  постепенный переход к конвергентным сетям новых поколений, замены оборудования  цифровых  станций  на оборудование пакетных сетей, установка программного  обеспечения  и тестирование и испытание нового оборудования непосредственно перед  запуском в сеть.

Непосредственно в ТУИТе  запущены лаборатории с оборудованием конвергентных сетей нового поколения. Здесь приведены примеры этих лабораторных схем.

 

 

Рис.1.8. Построение лаборатории «Конвергентные сети следующего поколения»  в ТУИТ

 

Рис. 1.9. Топология сети  вместе с филиалами ТУИТ

 

Контрольные вопросы

 

1.                Цель, функции, состав дисциплины «Конвергентные сети следующего поколения»  и рассматриваемые задачи.

2.                Взаимосвязь с квалификационными  требованиями  по специальности.

3.                Основы построения информационного общества в Республике Узбекистан.

4.                В каких законах Республики Узбекистан рассматриваются вопросы информационных технологий, их развития, а также внедрения новых технологий в образовательные учреждения и другие организации.

 

                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 2

 

Основные понятия и определения

конвергентных сетей нового поколения. Архитектура конвергентных сетей нового поколения

 

План лекции

 

2.1.        Понятие конвергентных сетей следующего поколения, архитектура.

2.2.         Четырехуровневая модель конвергентных сетей новых поколений: уровень абонентского доступа, транспортный уровень, уровень управления сетью, уровень управления услуг.

2.3.         Основные элементы архитектуры.

 

2.1.        Понятие конвергентных сетей следующего поколения, архитектура

         Конвергенция — термин, который часто можно услышать на телекоммуникационных конференциях и выставках, увидеть во многих публикациях. Говорят о конвергентных услугах, о конвергенции фиксированных и мобильных сетей (Fixed-Mobile Convergence — FMC). Однако это понятие часто неверно истолковывают. Иногда под FMC понимают просто услугу VCC (Voice Call Continuity) по обеспечению непрерывности речевого вызова, инициированного из зоны покрытия сети Wi-Fi, когда абонент, оснащенный двухрежимным телефоном (например, GSM/Wi-Fi), покидает ее (осуществляется «бесшовная» передача вызова в сотовую сеть). Это полезная услуга, позволяющая избежать платы за переадресацию вызова. Концепция FMC подразумевает предоставление мультимедийных информационных услуг, которыми абоненты смогут воспользоваться в любом месте и в любое время. Данное обслуживание предусматривает выдачу абоненту единого номера и единого счета оплаты услуг, реализацию голосового почтового ящика и функции управления группами пользователей (group management), наличие единого набора приложений для фиксированных и мобильных сетей. Однако самое главное заключается в том, что FMC обеспечивает абонентам принципиально новые возможности по комплексному и «бесшовному» (в случае межсетевого роуминга) использованию сетевых услуг и приложений.

Со времени своего возникновения телекоммуникации базируются на передаче электромагнитных сигналов через транспортную среду, каковой могут быть: металлический кабель, оптоволокно, радиоканал.

Передаваемая в виде электромагнитных сигналов информация может представлять собой: речь, данные, видеоизображение или любую их комбинацию, называемую мультимедийной информацией.

Эти три источника и три составные части телекоммуникаций в полной мере отражают их современное состояние, причем современность здесь понимается в широком смысле. Передача по сетям связи информации трех перечисленных выше видов благополучно осуществлялась не одно десятилетие. Однако некоторые события привели к коренному изменению подходов к построению информационных сетей:1996 г. в США трафик передачи данных впервые превысил речевой и продолжает расти (до 30% в год по сравнению с 3% в год для телефонии). То же произошло в Европе в 1999 году. Протокол IP получил мировое признание и стал стандартом для передачи мультимедийной информации.В сети Интернет рост числа пользователей составляет 5% в месяц. Речь и данные меняются местами. Традиционные сети передачи данных базировались на магистралях с коммутацией каналов, предназначенных для телефонного трафика. При новом подходе - все наоборот: телефония будет надстраиваться над инфраструктурой сети передачи данных.

Смещение центра тяжести в область передачи данных поставило вопрос о поиске удобного способа встраивания речи в мультимедийный цифровой поток. Причина популярности IP заключается в его восприимчивости к требованиям со стороны не только услуг передачи данных, но и приложений реального времени. Примером может служить  технология передачи речевой информации по сетям с маршрутизацией пакетов IP - Voice over IP (VolP) или IP-телефония.

Стандартизация речевых технологий на основе стека TCP/IP и их поддержка лидерами рынка пакетной телефонии обеспечат совместимость оборудования разных производителей и позволят создавать системы, в которых возможны вызовы с аналогового телефонного аппарата, подключенного к порту маршрутизатора, на персональный компьютер, или с персонального компьютера на номер ТфОП.

Internet Protocol будет доминирующим протоколом в сетях следующего поколения, которым предстоит поддерживать передачу речи, данных, факсимиле, видеоинформации и мультимедиа.

Необходимо учесть, что в течение длительного времени ТфОП и IP-сети будут вынуждены существовать параллельно, обеспечивая взаимную прозрачность и объединяя свои усилия в обслуживании разнородного абонентского трафика.

Поэтому необходимо соблюдение основных законов существующей ТфОП - эксплуатационная надежность с тремя девятками после запятой, жесткие нормы качества передачи речи в реальном времени. Важно сохранить все привычные для пользователя действия - набор номера, способ доступа к телефонным услугам и т. д. Абонент не должен ощущать разницы между IP-телефонией и обычной телефонной связью ни по качеству речи, ни по алгоритму доступа. Желательно обеспечить между ТфОП и IP-сетями полную прозрачность передачи пользовательской информации и сигнализации. В отличие от большинства корпоративных сетей связи, сети общего пользования не имеют национальных и ведомственных границ.

Достижения электронной техники за последнее десятилетие привели к настоящему буму в области телекоммуникаций. Связь, находящаяся в статическом состоянии еще с середины 1980-х годов, сегодня превратилась в бурно развивающуюся отрасль, приносящую операторам значительные прибыли.

Пользователи получили доступ к услугам, о которых 10–15 лет назад и не задумывались. E-mail, Интернет, сотовый телефон стали обычными атрибутами повседневной жизни. За короткое время мы так привыкли к практически ежедневному появлению всевозможных новинок, что сами начали выдвигать требования по предоставлению новых услуг и приложений.

Пользователю уже недостаточно просто поговорить по домашнему телефону. Мы хотим иметь возможность позвонить своим друзьям или коллегам, находясь на улице, в поезде, на корабле, в любой точке земного шара.

Нам уже недостаточно иметь несколько разных номеров, принадлежащих разным сетям (телефонная сеть общего пользования, мобильная сеть, Интернет и т.д.). Мы хотим иметь один персональный номер, который позволял бы однозначно определять нас и направлять входящий звонок к терминалу, подключенному к сети, в которой мы находимся в данный момент.

Но какими бы ни были желания пользователей, а также достижения в науке и технике, ни один оператор связи не будет устанавливать новое оборудование или вводить новые сервисы, если это экономически нецелесообразно. Поэтому потребность операторов сетей связи получать все новые прибыли заставляет их задуматься над созданием сети, которая позволяла бы: как можно быстрее и дешевле создавать новые услуги, с тем чтобы постоянно привлекать новых абонентов; уменьшать затраты на обслуживание; быть независимыми от поставщиков оборудования; быть конкурентоспособными (дерегуляция в телекоммуникационной отрасли и достижения в новейших технологиях привели к появлению новых операторов связи и сервис-провайдеров, предлагающих более дешевый и широкий спектр услуг).

Сети нового поколения (NGN) все увереннее прокладывают себе дорогу в телекоммуникационную инфраструктуру, постепенно превращаясь в базовую технологию построения сетей связи. При соответствующей аппаратной поддержке сети с пакетной коммутацией способны реализовать концепцию единой, конвергентной среды передачи мультимедийного трафика – от цифровых данных до голосовой телефонии, телевидения и т.п.

В отличие от традиционных сетей с временным мультиплексированием (TDM), использующих коммутацию каналов, в сетях NGN применяется пакетная коммутация, что позволяет передавать мультимедийный трафик (голос, данные, видео и т.д.). Первые попытки перехода к сетям с пакетной коммутацией были сделаны в начале 21 века с появлением технологии GFP (Generic Framing Procedure, рекомендация ITU-T G.7041/Y.1303) в конце 2001 года. Данная технология позволила эффективно упаковывать пакетный трафик в виртуальные контейнеры VC-12, предназначенные для PDH-потоков Е1 (2048 Мбит/с), и передавать их через транспортные сети с синхронной цифровой иерархией (SDH). Протокол GFP отличала возможность гибкого регулирования полосы пропускания от 2 до 100 Мбит/с. Чуть позже на базе протоколов GFP и LCAS была реализована передача через сети SDH трафика Gigabit Ethernet. Гигабитные потоки инкапсулировались в контейнеры VC-4, являющиеся основными модулями нагрузки в сетях с синхронной цифровой иерархией. Системы SDH, поддерживающие протоколы GFP, LCAS и виртуальное соединение контейнеров (VCAT), получили название мультисервисных транспортных платформ MSTP (Multy Service Transport Platform) или SDH следующего поколения (Next Generation SDH). Активное развитие технологии Metro Ethernet позволило избежать преобразования пакетного трафика в контейнеры SDH, передавая пакеты Ethernet непосредственно через волоконно-оптические линии связи. С этого момента развитие сетей NGN стало стремительно набирать обороты.

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.

Сеть связи следующего поколения (ССП, NGN – Next Generation Network) – концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, предполагающая реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи.

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами. ССП, которая потенциально должна объединить существующие сети связи (телефонные сети общего пользования – ТфОП, сети передачи данных – СПД, сети подвижной связи – СПС), обладает следующими характеристиками: 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.

Сети электросвязи, построенные на основе концепции ССП, обладают следующими преимуществами перед традиционными сетями электросвязи.

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.

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 будут 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.

 

 

 

 

2.2.        Четырехуровневая модель конвергентных сетей новых поколений: уровень абонентского доступа, транспортный уровень, уровень управления сетью, уровень управления услуг

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

Фирмы-производители при разработке оборудования NGN вводят разное количество уровней. Например, фирмы Lucent и HUAWEI вводит четыре слоя, а фирма Alcatel – 6. Фирма Alcatel определяет следующие слои архитектуры NGN: уровень доступа, уровень шлюзов (поддерживает стыковку с сетями подвижной связи, ТфОП и другими),уровень транспорта, уровень управления, уровень приложений, уровень эксплуатационного управления.  Все слои построены на открытых элементах и взаимодействуют друг с другом на основе открытых интерфейсов. Разнообразные услуги доставляются по общей транспортной сети, которая построена по технологии IP, к многочисленным сетям доступа, а управление услугами оператор осуществляет с общей плоскости управления независимо от сетей доступа. Преимущества IP-транспорта особенно сказываются в случае, когда оператор хочет ввести новые услуги. Уровень шлюзов отвечает за стыковку различных сетей (подвижных, фиксированных, широкополосного доступа и т. д.) с пакетной транспортной сетью. На уровне управления оборудование программной коммутации управляет вызовами для того, чтобы обеспечить связность абонентов и доставить услуги к терминалам пользователей. Также оборудование программной коммутации подключает нужные услуги конечным пользователям со слоя приложений, которому принадлежат все новые мультимедийные услуги. И, наконец, венчает эту слоистую структуру уровень эксплуатационного управления.

В настоящее время наибольшее распространение получила четырехуровневая архитектура ССП.

Функциональная модель сетей NGN состоит из 4 уровней:

Рис. 2.1.  Архитектура сети следующего поколения

-      уровень управления услугами; уровень управления коммутацией; транспортный уровень; уровень доступа.

       Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду, обеспечивающую:предоставление инфокоммуникационных услуг; управление услугами; создание и внедрение новых услуг; взаимодействие различных услуг.

        Данный уровень позволяет реализовать специфику услуг и применять одну и ту же программу логики услуг вне зависимости от типа транспортной сети и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить на сети электросвязи любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней.

Уровень управления может включать множество независимых подсистем ("сетей услуг"), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации.

Операторам связи требуются механизмы, позволяющие быстро и гибко развертывать, а также изменять услуги в зависимости от индивидуальных потребностей пользователей.

Такие механизмы предусмотрены открытой сервисной архитектурой OSA (Open Services Access) – основной концепцией будущего развития сетей электросвязи в части внедрения и оказания новых дополнительных услуг.

При создании систем на основе OSA должны присутствовать следующие ключевые моменты:открытая среда для создания услуг; открытая платформа управления услугами. На протяжении нескольких лет различными организациями предлагалось несколько вариантов реализации концепции OSA, пока в 1998 г. не был сформирован консорциум Parlay Group, который занимается созданием спецификаций открытого API (Application Programming Interface), позволяющего управлять сетевыми ресурсами и получать доступ к сетевой информации.

        Архитектура Parlay является одной из практических реализаций концепции OSA (рис. 2.2).

      Как показано на рисунке, разные сети связи имеют различные сетевые элементы:в сети подвижной электросвязи второго поколения входят SGSN (Serving GPRS Support Node) и MSC (Mobile Switching Center); в телефонную сеть общего пользования входит SSP (Service Switching Point) коммутатор услуг в ТфОП; в сети подвижной электросвязи третьего поколения входит S-CSCF (Serving Call Session Control Function); ведомственные АТС.

       Каждый из этих элементов выходит на шлюз (Gateway) по своему протоколу, а задача шлюза по концепции OSA/Parlay состоит в том, чтобы свести все протоколы к единым интерфейсам API. Тогда приложения можно писать без учета особенностей нижележащих сетей, и следует только строго придерживаться интерфейсов API.

Рис. 2.2.  Архитектура Parlay

       Оказалось, что концепция Parlay является слишком сложной для массового привлечения сторонних программистов. Выяснилось, что для оказания 80% услуг требуется лишь 20% возможностей Parlay-шлюза. Следовательно, для подавляющего большинства программистов требование освоить весь набор Parlay-интерфейсов является чрезмерно завышенным. По мере уменьшения разнообразия возможностей сети растет число разработчиков приложений, что весьма важно для освоения прибыльного рынка приложений.

       Эти рассуждения иллюстрирует рис. 2.3, где показаны слева четыре набора функций сети:

Рис. 2.3.  Зависимость возможностей сети от количества разработчиков приложений

1.                Наибольшие возможности дает использование протоколов (INAP, CAMEL, SIP и др.), как это делается до сих пор, но при этом сообщество разработчиков является минимальным.

2.                Значительное упрощение дают открытые интерфейсы API: JAIN, Parlay, OSA, а также собственные интерфейсы (Proprietary APIs).

3.                Еще больше программистов разрабатывают web-услуги, используя простые языки скриптов: XML, VXML, CPML, WDSL.

4.                Замысел Parlay X состоит в еще большем упрощении программирования web-услуг.

       Приложения могут быть написаны на языках C++, Java, Visual Basic, PHP и др. Для разработки приложений Parlay Х основным языком программирования является язык XML. В качестве транспортных средств чаще всего используются:

-                  CORBA – универсальный объектно-ориентированный протокол взаимодействия распределенных систем;

-                  SOAP – упрощенный протокол общения распределенных объектов, основан на языке XML, используется в сочетании с протоколом HTTP.

Самой перспективной на сегодняшний день объектной технологией является SOAP/XML, так как она наиболее универсальна, основывается на международных стандартах и имеет обширную поддержку со стороны различных производителей программного обеспечения. Эта технология чаще всего используется для создания web-сервисов и для обеспечения их взаимодействия с клиентским процессом.

Задача уровня управления коммутацией — обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками. Данный уровень поддерживает логику управления, которая необходима для обработки и маршрутизации трафика.

Функция установления соединения реализуется на уровне элементов базовой сети под внешним управлением оборудования программного коммутатора (Softswitch). Исключением являются АТС с функциями контроллера шлюзов (MGC – Media Gateway Controller), которые сами выполняют коммутацию на уровне элемента транспортной сети.

         В случае использования на сети нескольких Softswitch они взаимодействуют посредством соответствующих протоколов (как правило, семейство SIP-T) и обеспечивают совместное управление установлением соединения.

        Softswitch должен осуществлять: обработку всех видов сигнализации, используемых в его домене; хранение и управление абонентскими данными пользователей, подключаемых к его домену непосредственно или через оборудование шлюзов доступа; взаимодействие с серверами приложений для оказания расширенного списка услуг пользователям сети.

Более подробно Softswitch будет рассмотрен в следующих лекциях.

Задача транспортного уровня — коммутация и прозрачная передача информации пользователя.

         В ССП операторы получат возможность наращивать объемы услуг, что в свою очередь приведет к росту требований к производительности и емкости сетей транспортного уровня. Основными требованиями к таким сетям являются: высокая надежность оборудования узлов; поддержка функций управления трафиком; хорошая масштабируемость.

Надежность выходит на первое место, так как ССП должны обеспечивать передачу разнородного трафика, в том числе чувствительного к задержкам, который ранее передавался с помощью классических систем передачи с временным разделением каналов иерархий SDH или PDH.

В ряде случаев создаваемые транспортные сети будут заменять собой часть инфраструктуры существующих традиционных сетей передачи. Конечно, они должны соответствовать требованиям технических нормативных правовых актов, предъявляемым к заменяемой сети.

       МСЭ-Т определяет следующие требования к возможностям транспортного уровня:поддержка соединений в реальном времени и соединений, нечувствительных к задержкам; поддержка различных моделей соединений: "точка-точка", "точка-многоточие", "многоточие-многоточие", "многоточие-точка"; гарантированные уровни производительности, надежности, доступности, масштабируемости.

Транспортный уровень ССП рассматривается как уровень, составными частями которого являются сеть доступа и базовая сеть.

Под сетью доступа понимается системно-сетевая инфраструктура, которая состоит из абонентских линий, узлов доступа и систем передачи, обеспечивающих подключение пользователей к точке агрегации трафика (к сети ССП или к традиционным сетям электросвязи).

          Для организации уровня доступа могут использоваться различные среды передачи. Это может быть медная пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель, радиоканал, спутниковые каналы либо любая их комбинация.

Особенностью инфраструктуры ССП является использование универсальной базовой сети, базирующейся на технологиях пакетной коммутации. Базовая сеть – это универсальная сеть, реализующая функции транспортировки и коммутации. В соответствии с данными функциями базовая сеть представляется в виде трех уровней (рис. 2.4):технология коммутации пакетов; технологии формирования тракта; среда передачи сигналов.

Нижний уровень модели – среда передачи сигналов. Этот уровень должен быть реализован на кабелях с оптическими волокнами (ОВ) или на цифровых радиорелейных линиях (РРЛ).

Сегодня при выборе технологической основы перспективной считается IP, ввиду того, что:использование технологии IP/MPLS в среде Ethernet позволяет повысить масштабируемость и качество обслуживания до уровня, необходимого для транспортных сетей, а спецификации MPLS RSVP-TE Fast Reroute обеспечивает восстанавливаемость трактов в пределах 50 мс. Это означает, что сети Ethernet приобретают характеристики и надежность SDH или ATM; количество приложений, использующих протокол IP, будет возрастать, соответственно доля трафика IP будет увеличиваться, и, как следствие, неизбежны проблемы технологии АТМ, связанные с дополнительными накладными расходами полосы пропускания при передаче IP-трафика, вследствие чего происходит увеличение стоимости реализации сетевых решений на базе АТМ.

 

Рис. 2.4.  Модель базовой сети

 

2.3.        Основные элементы архитектуры

        Архитектура сети электросвязи, построенной в соответствии с концепцией ССП, представлена на рис. 2.5.

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. 

Доступ к ресурсам базовой сети осуществляется через граничные узлы, к которым подключается оборудование сети доступа или осуществляется связь с существующими сетями. В последнем случае граничный узел выполняет функции межсетевого шлюза.

К уровню доступа относятся:шлюзы; сеть доступа (сеть электросвязи, обеспечивающая подключение оконечных терминальных устройств пользователя к оконечному узлу транспортной сети); оконечное абонентское оборудование.

К технологиям построения сетей доступа относятся:беспроводные технологии (Wi-Fi, WiMAX); технологии на основе систем кабельного телевидения (DOCSIS, DVB); технологии xDSL; оптоволоконные технологии (пассивные оптические сети (PON)).

        Можно отметить, что с развитием технологий электросвязи становится все проблематичней провести четкую грань между транспортным уровнем и уровнем доступа. Так, например, цифровой абонентский мультиплексор доступа (DSLAM) может быть отнесен и к тому, и к другому уровню.

 

Рис. 2.5.  Архитектура сети электросвязи, построенной в соответствии с концепцией ССП

Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие поставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться на основе  функциональной модели распределённых (региональных) баз данных, реализуемых в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т X.500. Доступ к базам данных организуется с использованием протокола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol). 

Вышеуказанные базы данных позволяют решить следующие задачи: − cоздание абонентских справочников; − автоматизация взаиморасчётов между операторами связи и поставщиками услуг; − обеспечение взаимодействия между операторами связи в процессе предоставления услуг ИСС; − обеспечение взаимодействия терминалов с различными функциональными возможностями на разных концах соединения.

Эти базы данных могут использоваться также поставщиками услуг для организации платных информационно-справочных услуг. 

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 (TIPHON), Форумом 3GPP2 и т.д. Для управления услугами будут использованы протоколы H.323, SIP и подходы, применяемые в  интеллектуальных сетях связи.

 Уровень доступа обеспечивает подключение пользователей (частных абонентов, предприятий, мобильных пользователей) к сети. В зависимости от используемой технологии (xDSL, Ethernet, PON, Cable, Wi-Fi, WiMAX) выбирается оборудование: DSLAMы, коммутаторы Ethernet, точки доступа Wi-Fi, базовые станции WiMAX и др. Для обеспечения абонентов высококачественными мультимедийными услугами сети доступа должны быть высокоскоростными, мультисервисными, интеллектуальными, иметь высокую надежность и доступность. На уровне агрегации происходит сбор и доставка трафика, поступающего с уровня доступа, к устройствам распределения. Уровень агрегации состоит из сети маршрутизаторов, развернутой в масштабах города или области с применением технологий Ethernet, IP, IP-MPLS.

        Уровни услуг и управления услугами обеспечивают комплексный контроль над сервисами, предоставляемыми абонентам, вне зависимости от технологии подключения. Здесь же собирается статистическая информация для тарификации, изменения перечня предоставляемых услуг и т.д.
Уровень приложений содержит оборудование, обеспечивающее соответствующие услуги: серверы обработки вызовов (SoftSwich), станции широковещательного IP-телевидения, серверы "Видео по запросу" и т.д.

Ядро сети NGN cостоит из маршрутизаторов высокой производительности, установленных на границах магистральной сети. Фактически уровень ядра обеспечивает стыковку  уровня агрегации и транспортного уровня магистральной сети.NGN взаимодействует с другими сетями (телефония общего пользования, сети подвижной радиосвязи, ISDN и т.п.) посредством медиашлюзов, преобразующих протоколы сигнализации и передачи трафика в соответствующие форматы.

Эффективность передачи голосовой информации через сети с пакетной коммутацией продемонстрировала целесообразность модернизации существующих телекоммуникационных сетей, в том числе и мобильной связи. Очевидно, что наибольшее развитие в ближайшем будущем получат сети с мультимедийной конвергенцией. Платформой для предоставления мультимедийных услуг с использованием IP-сетей в качестве транспорта, как для частных абонентов, так и для корпоративных пользователей, может стать технология IMS (IP Multimedia Subsystem).

Изначально IMS была разработана группой 3GPP только как подсистема предоставления мультимедийных услуг в сетях мобильной связи. Однако в последующих релизах архитектура IMS стала основополагающей при построении конвергентных сетей, включив в себя коммутацию абонентов. Рабочая группа TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking), являющаяся основным подразделением ETSI по стандартизации, доработала архитектуру IMS, обеспечив взаимодействие с проводными сетями, в том числе широкополосными. Одно из основных преимуществ IMS – независимость от метода доступа и возможность объединения различных технологий, включая Wi-Fi, WiMAX, DSL, широкополосный доступ через кабельные сети и даже доступ для корпоративных пользователей через выделенные каналы E1 (в соответствии с 3GPP Release 6 и 7, R6 и R7). В качестве основного протокола в технологии IMS используется протокол установления соединений SIP (Session Initiation Protocol), позволяющий вводить новые функции за счет добавления новых заголовков и сообщений. В результате наращивать функциональность в сеть можно без смены протокола, что существенно упрощает ввод новых приложений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                          Контрольные вопросы

 

1.    Какие сети называются конвергентными сетями  следующих поколений.

2.    Архитектура конвергентных сетей  следующих поколений.

3.    Назначение каждого уровня конвергентными сетями  следующих поколений.

4.    Основные элементы архитектуры.

5.    Какую функцию выполняет шлюз уровня доступа.

6.    Назначение коммутаторов и маршрутизаторов транспортного уровня конвергентных сетей  следующих поколений.

7.    Назначение программного коммутатора Softswitch.

8.    Основные элементы уровня предоставления услуг.

9.    Назначение серверов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 3

 

Оборудование конвергентных сетей нового поколения

 

План лекции

 

3.1. Оборудование уровня абонентского доступа, состав и классификация  шлюзов.

3.2. Типы коммутаторов и маршрутизаторов транспортного уровня,  принципы работы.

3.3. Функции и архитектура Softswitch уровня управления сети.

3.4. Классификация серверов и приложений используемых на уровне  управления услуг.

 

3.1. Оборудование уровня абонентского доступа, состав и классификация  шлюзов

Классификация терминального оборудования

1. Терминалы SIP (аппаратные и программные)

Рис.3.1. Внешний вид терминалов SIP

Терминал реализует функции управления соединением и обеспечивает двухстороннюю речевую или мультимедийную связь с другими терминалами, шлюзами или устройствами конференцсвязи.

 

2. Терминал Н.323

Рис.3.2. Структура терминала  Н.323

 

3. Интегрированное устройство доступа IAD

Рис.3.3. Подключение различных терминалов к устройству доступа IAD

 

4. Терминальные адаптеры

 

 

Рис.3.4. Внешний вид терминального адаптера

Классификация шлюзового оборудования

Рис.3.5. Внешний вид шлюзового оборудования

1.                Транзитный (транкинговый) шлюз TGW.

2.                 Сигнальный шлюз SGW.

3.                 Шлюз доступа AGW (без прямых подключений абонентских линий).

4.                 Резидентный (абонентский) шлюз доступа RAGW (с абонентскими подключениями).

5.                 Прокси-сервер SIP.  Комбинированное устройство:  Транзитный медиашлюз + шлюз сигнализации;  Шлюз доступа + транзитный медиашлюз; Шлюз доступа + транзитный медиашлюз + шлюз сигнализации.

       Технические характеристики оборудования сетей NGN

Типовая архитектура сети NGN на базе гибкого коммутатора

Рис.3.6. Типовая архитектура сети NGN на базе гибкого коммутатора

                                 Характеристики шлюзов IP-телефонии

         В общем случае IP-телефония опирается на две основных операции: преобразование двунаправленной аналоговой речи в цифровую форму внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и упаковку в пакеты для передачи по IP. Эти функции чаще всего выполняют автономные шлюзовые устройства, которые имеют несколько разновидностей. Это могут быть выделенные устройства или совмещенные маршрутизаторы/коммутаторы со встроенным аппаратным и программным обеспечением шлюза. Другой тип автономных устройств представляют пограничные устройства, где шлюз объединен с удаленным доступом и пулом модемов. Независимо от способа аппаратной реализации шлюзы IP-телефонии могут иметь ряд характеристик, которые приведены ниже.

Совместимость со стандартом Н.323

         Базовым протоколом для работы IP-оборудования подавляющим большинством производителей был принят протокол, описанный МСЭ-Т в рекомендации Н.323ч2, стандартизирующей мультимедийную связь в сетях с коммутацией пакетов.

         Пользователи мультимедийных персональных компьютеров с программным обеспечением Н.323 могут подключиться к такой системе шлюзов. Вызовы при это м могут быть направлены на поддерживающие Н.323 шлюзы других производителей. В результате данная система будет обеспечивать интеграцию речи, видео и данных в реальном времени для приложений по организации совместной работы в рабочих группах, например MicrosoA NetM ecting.

         Стандарты, отличные от Н.323, используют в своей работе шлюзы СХ950 Access Switch компании Memotec Communications Inc., F-50 IP и F-200 IP компании Neura Communications Inc., VIP Gateway от Nortel Networks, сетевые станции Network Exchange 2201/2210 фирмы Netrix Corp.

Наличие механизмов резервирования ресурсов

         Поддержка какой-либо схемы приоритезации (протокол резервирования RSVP или байт дифференциации услуг — DS byte) для осуществления возможности выбора приоритета между передаваемой речью или данными является важной характеристикой шлюза. При этом протокол RSVP позволяет маршрутизаторам придерживать часть полосы пропускания для организации голосового трафика. У шлюзов IPT (Ericsson Inc.), Netblazer 8500 (Digit International), Packetstar IP Gateway 1000 (Lucent Technologies Inc.), Vocaltec Telephony Gateway (Vocaltec Communications), Webphone Gateway Exchange  (Netspeak Corp.)  эта возможность отсутствует.

Поддержка основных телефонных интерфейсов и типов сигнализаций

         Важными критериями при оценке характеристик шлюзов является возможно большое разнообразие телефонных интерфейсов, поддерживаемых IP-шлюзом (El, PRI, BRI) и аналогового в частности, а также поддержка основных типов телефонной сигнализации: CAS, DTMF, PRI и ОКС №7. Существенную роль играет поддержка оборудованием механизмов безопасности в соответствии с Рекомендацией Н.235.

Транспортные архитектуры

         Диапазон транспортных архитектур, с которыми работают современные шлюзы, достаточно широк: выделенные линии, ISDN, Frame Relay, АТМ, Ethernet. Шлюзы, поддерживающие передачу речи через Frame Relay, производят компании 3СОМ (Pathbuilder S200 Voice Access Switch), Cisco (серия 2600, 3600), Motorola (Vanguard 6560/6520), Newbridge Networks Corp. (MainStreetXpress 36100 VoIP Gateway) и другие. Peжим АТМ поддерживают шлюзы, выпускаемые фирмами Lucent Technologies (Packetstar IP Gateway 1000), Cisco (серия 2600, 3600), Ascend Communications (MultiVoice Gateway), Motorola Vanguard 6560/6520 Multiservice Access Device и другие.

Масштабируемость

         Важной характеристикой шлюза является его Масштабируемость, что обеспечивается модульным построением оборудования. На первом этапе развертывания сети IP-телефонии возможно использование неполного ресурса имеющихся портов при постепенном дальнейшем увеличении числа задействованных голосовых портов. При этом число портов соответствует количеству одновременных вызовов, которые может сделать шлюз, поскольку каждый ее порт оснащен собственным цифровым сигнальным процессором (DSP — Digital Signal Processor) для оцифровки голосовых сигналов.

Обеспечение факс-связью

         Подавляющее большинство производимых шлюзов имеют возможность обеспечивать факсимильную связь на базе протокола IP. Она опирается на два основных стандарта, предложенных МСЭ-Т. Стандарт Т.37 сводит передачу факсов к доставке с промежуточным хранением, так как изображения факсов передаются в виде вложений электронной почты. Благодаря Т.37 факс-аппараты и факс-серверы на базе IP различных поставщиков могут взаимно - действовать друг с другом так же согласованно, как и традиционные факсы. Еще один стандарт Т.38 описывает передачу факсов в реальном времени либо посредством имитации соединения с факс-аппаратом, либо с помощью метода модуляции под названием FaxRelay. Т.38 может использоваться для реализации функциональности, более схожей с традиционной факсимильной связью, например для немедленного подтверждения.

Управление шлюзом

         Шлюзы могут отличаться предусмотренными средствами управления. Данные средства управления имеют своей функцией маршрутизацию вызовов между шлюзами и перекодировку телефонных номеров в IP-адреса. Такими средствами оснащаются почти все шлюзы. Они конструктивно могут быть интегрированы со шлюзом или представлять собой отдельный мультимедийной менеджер конференций или многоголосовый менеджер доступа. Одним из решений является использование единого пакета, включающего в себя средства биллинга, маршрутизации вызовов и сетевого администрирования. Примером является шлюз компании Clarent (C)arent Carrier Gateway), взаимодействующий с пакетом Clarent Command Center, а также пакет Telephony Packet Network компании Northern Telecom (Nortel).

Возможность установки различных алгоритмов кодирования речи

         На показатели качества передаваемого голоса по IР-сети существенно влияет схема кодирования, используемая в шлюзе VoIP при сжатии голосовой информации. Наиболее распространена схема, обеспечивающая наибольшую степень сжатия информации и соответствующая спецификации G.723.1 (до 5,3 кбит/с). Применяются и другие схемы — G.729а, G.711, G.726, G.728. При этом чрезвычайно важной является оснащение шлюза дополнительной установкой используемой схемы сжатия голоса. Для различных задач и при разных условиях владелец имеет возможность определить для работы шлюза тот или иной алгоритм кодирования. Такие шлюзы имеют многие компании: Lucent Technologies Inc. (Packetstar IP Gateway 1000), Hypercom Corp. (серия Integrated Enterprise Network), Memotec Communications Inc. (CX950 Access Switch), Netrix Corp. (сетевые станции Network Exchange 2201, 2210), Vocaltec Communications Ltd. (Vocaltec Telephony Gateway).

Классификация шлюзов IP-телефонии

Шлюзы IP-телефонии по масштабности применения можно разделить на два основных типа: шлюзы, ориентированные на корпоративное применение, и шлюзы, предназначенные для операторов и поставщиков услуг связи. Продукты последнего типа отличаются большой емкостью и масштабируемостью, присутствием средств аутентификации и мониторинга, а также дополнительных возможностей биллинга. Примерами таких устройств являются следующие шлюзы: IPTC компании Ericsson, PacketStar IP Gateway 1000 компании Lucent Technologies, MainStreetXpress 36100 от Newbridge, Hi-Gate 1000 компании ECI Telecom, Clarent Gateway фирмы Clarent. Типовая инсталляция этих шлюзов предусматривает их подключение с одной стороны к IP-сети (например, через Ethernet-интерфейс), а с другой - к традиционной телефонной сети общего пользования (обычно по Е1-каналам).

1.    Автономные IP-шлюзы

Большинство производителей шлюзов предлагает автономные IP-шлюзы, которые обычно состоят из серверов на базе персональных компьютеров с комплектом голосовых плат. Голосовые платы не предназначены для компрессии/декомпрессии звука, поэтому данная операция должна выполняться главным процессором ПК.

Существуют шлюзы на базе ПК-серверов с платами с цифровой обработкой сигналов (Digital Signal Processing, DSP). Фирма Dialogic выпускает плату DM3 IP (с программным обеспечением от VocalTec); Micom - платы IP-телефонии для аналоговых линий, Т-1 и Е-1; NMS - платы E-Fusion Inc., используемые многими разработчиками, в том числе Inter-Tel. Оборудование этого типа производят также компании Vocaltec Communications Ltd., Neura Communications Inc., Netrix Corp. и другие. Автономные устройства могут стать хорошим решением для сетей, уже имеющих маршрутизаторы от различных производителей. Платы-маршрутизаторы, в свою очередь, применимы для дополнительного оснащения работающего оборудования функциями IP-телефонии.

2. Маршрутизаторы-шлюзы

В мире производителей оборудования телекоммуникаций наметилась тенденция к тому, что крупные компании традиционное сетевое оборудование оснащают узлами, отвечающими за IP-телефонию. Одной из первых в этом направлении стала работать компания Cisco Systems (устройства серии 2600 и 3600), за которой последовали другие фирмы (Memotec Comminications Inc. с машиной СХ950 Access Switch, Motorola Inc. с устройством Vanguard). Эта продукция - маршрутизаторы и устройства доступа к распределенным сетям со встроенными шлюзами IP-телефонии - занимает отдельную, важную нишу на рынке сетевого оборудования.

3. RAS-шлюзы

Свою часть рынка оборудования для IP-телефонии занимают шлюзы для VoIP, состоящие из плат, устанавливаемых в серверы дистанционного доступа (RAS). В этом направлении работают компании Ascend Communications и Digi International (устройства Multivoice Gateway и Netblazer 8500 соответственно). Установка устройств данного типа при построении IP-сетей оправдана при работе с приложениями с множеством голосовых портов и имеющими предельно важное значение.

4. Шлюзы-модули для УПАТС

В настоящее время получили распространение шлюзы IP-телефонии, представляющие собой конструктивно модули для классических учрежденческих АТС. Компании Lucent Technologies и Nortel Networks производят их для своих станций Defmity и Meridian 1. Причем, такая система перед тем, как установить соединение через IP-сеть, проверяет качество связи. В случае достаточного ее качества (норма устанавливается администратором системы), соединение устанавливается. Иначе, вызов направляется по традиционным линиям связи. Таким образом, налицо стремление фирм-производителей постепенно заменять транспортную среду, не затрагивая при этом телефонный сервис, предоставляемый конечным пользователям.

5. Шлюзы с интеграцией бизнес-приложений

       По мере развития систем IP-телефонии на ведущие роли выходят сервис-функции. При этом оборудование должно ориентироваться не только на интеграцию трафика, но и на интеграцию бизнес-приложений, позволяющую повысить продуктивность работы предприятий. К таким продуктам следует отнести систему eBridge Interactive Web Responce компании eFusion, обеспечивающую интеграцию Web-служб и центров по обработке вызовов. Она позволяет реализовать службу типа "щелкни и говори" для установления телефонной связи между посетителями Web-узла компании и ее сотрудниками.

6. Учрежденческие АТС на базе шлюзов

      Еще одно направление развития оборудования IP-телефонии - построение учрежденческих телефонных систем на базе инфраструктур ЛВС. Примерами такого оборудования могут послужить продукты фирм NBX (приобретена компанией 3COM) и Selsius (приобретена компанией Cisco Systems).

В случае, когда нецелесообразна установка отдельного сервера для преобразования телефонных сигналов в IP-пакеты, используются сетевые устройства, подключаемые напрямую к сети lOBaseT (по типу концентраторов Ethernet). При этом каждый концентратор представляет, по сути, небольшую УАТС с голосовой почтой и автоматическим секретарем, подключаемую через разъем RJ-14 к внешним и внутренним телефонным линиям и через соединители RJ-45 к локальной сети Ethernet. Обладая простотой управления и наличием встроенных средств компьютерно-телефонной интеграции эти системы в состоянии составить конкуренцию обычным учрежденческим АТС.

7. Сетевые платы с функциями телефонии

     Одним из решений IP-телефонии являются многоцелевые сетевые платы с функциями телефонии (небольшие устройства типа Internet PhoneJACK от Quicknet Technologies, EtherPhone фирмы PhoNet Communications или крупные устройства типа плат ATM от Sphere Communications). Такие устройства оборудованы портами RJ-11 для подключения обычного телефонного аппарата.

8. Автономные IP-телефоны

       Представляют собой решение "все в одном" для одной линии. По внешнему виду и базовым сервисным возможностям аппаратные реализации IP-телефонов ничем особо не отличаются от обычных телефонов, но их электронная «начинка» позволяет существенно уменьшить нагрузку на персонал, отвечающий за телефонную связь. Такой тип продуктов предлагает компания Cisco Systems.

Помимо аппаратной существуют и программные реализации IP-телефонов. В этом случае персональный компьютер (ПК), оборудованный телефонной гарнитурой или микрофоном и акустическими системами, превращается в многофункциональный коммуникационный центр. Пользователь ПК, кроме доступа к обычному телефонному сервису, получает набор дополнительных возможностей: получение информации о звонящем клиенте (благодаря наличию стандартного интерфейса TAPI к другим программам), контроль за телефонными вызовами и работой с речевой почтой. Примером могут послужить программные продукты NetMeeting от Microsoft и InternetPhone фирмы Vocaltec Communications. Недостатками таких систем является неполная совместимость с Н.323 версии 2, а также отсутствие поддержки функций по обеспечению безопасности в работе с gatekeeper.

DSLAM оборудование ZXDSL 9806H

Для поддержки высококачественной одно- и многоадресной передачи (tripleplay) видео услуг, ширина полосы на последней миле была расширена до 25Mb/s.Волокно проникает на абонентскую часть сети и приближается к пользователю. ZTE является одним из ведущих разработчиков в области широкополосных решений доступа благодаря своим FTTC/B/N и FTTH продуктам.

В качестве члена семейства продуктов широкополосного доступа ZTE, ZXDSL 9806H используется при ограниченном месте для установки оборудования, установке вне помещений, установка в жилых или бизнес зданиях и т.д. ZXDSL 9806H отличается компактностью и небольшими размерами, что дает большую гибкость при установке. Кроме этого, широкий спектр предлагаемых интерфейсов, а также превосходная производительность в QOS и многоадресной передаче, расширяет сферу применения данного устройства.

Рис.3.7. Боковая панель оборудования DSLAM

Тип	9806H
Место установки	Внутри помещений Вне помещений (при установке в дополнительном кабинете)
Максимальная ёмкость	192 голосовых порта, 96 портов ADSL2+
Сетевой интерфейс	2GE или 2FE
Размеры (мм)	240×482×88
Рабочая температура (ºC)	- 5… +45
Рабочая влажность (%)	5… 95
Вес (кг)	8
Электропитание	220VAC, -48VDC
Энергопотребление	170 Вт (Полная загрузка)

Медиашлюз ZXMSG 9000

ZXMSG9000

 Поддерживает конфигурацию из нескольких полок

4 Высокая емкость до 336,000 портов 

MT256

4 Стандартная 12U высотой 19 дюйм. полка

4 1 полка поддерживает емкость до 256E1

–            Емкость: TG: Максимум 336,000 порт  (Trunk + IP порты), SG: Максимум  6144 64 кб/с сигнальных линков

–            Возможность обработки: TG： 20M в ЧНН, SG:  > 2M MSU/s (сигнальных сообщений/с)

–            Протоколы: Протокол контроля вызовами: MEGACO/H.248, RTP/RTCP; Сигнальные: SS7, R2, V5.2, DSS1, DTMF и MFC.

–            Голосовые кодеки: G.711 PCM@64kbps, G.729A/B CS-ACELP @ 8kbps, G.723.1 ACELP / MPMLQ @ 5.3, 6.3 кб/с, G.726 ADPCM @40, 32, 24, 16 кб/с

–            Надежность:  MTTR: ≤ 3 мин,  MTBF: > 69000 ч, Надежность системы: ≥ 99.999%

 Достоинства ZXMSG9000:  Поддержка множества голосовых кодеков;  Поддержка различных протоколов сигнализации;  Функции международного шлюза;  Конфигурация основных плат в активном/ждущем режиме;  Функция Dual Homing;  Поддержка технологии QoS ; Высокая компактность: 32 E1 или 2 STM-1 интерфейса на 1 плате;  3200 VOIP каналов на 1 плате обработки VOIP;  Энергосбережение до 40% потребляемой мощности.

 

Пограничный контроллер SBC (ZXSS10 B200)

SBC (Session Border Controller — пограничный контроллер сессий)  располагается на границе операторской сети, например NGN сети и осуществляют следующие функции: трансляция сигнальных протоколов, анализ качества медиа-каналов, по которым осуществляется маршрутизация голосового трафика, обеспечение качества обслуживания, сбор статистической информации, контроль RTP-трафика и др.

Рис.3.8. Расположение пограничного контроллера  на стыке двух сетей

       Характеристики MSAN: Гибридная платформа доступа с высокой емкостью и компактность; Сервисная платформа основана на QoS механизмах; Мощная система управления  NMS с гибкой конфигурацией и управлением  MSAN основан на IP, полная поддержка  архитектуры GE/10GE. Плавная миграция от ТФОП к NGN. Предоставляет гибкий uplink доступ, включая  FE/GE, E1 и xPON: Единая платформа, позволяющая значительно уменьшить эксплуатационные расходы; Компактная и высоко производительная.

Типы ZTE MSAN

ZXMSG5200

Рис.3.9. Внешний вид оборудования MSAN типа ZXMSG5200

ZXA10 C300M/C350M

ZXA10 C300M

Рис.3.10. Внешний вид оборудования MSAN типа ZXA10 C300M

ZXA10 C350M

Рис.3.11. Внешний вид оборудования MSAN типа ZXA10 C350M

Существующая платформа доступа - ZXMSG 5200

Рис.3.12. Внешний вид оборудования MSAN типа ZXMSG 5200

Протоколы: Узкополосные протоколы:   H.248, MGCP, SIP, V5

Широкополосные протоколы:    PPPOE/PPPOA/IPOE/IPOA; L2/L3 протоколы:        802.1P/Q, STP/RSTP,IGMP, ACL

       Интерфейсы: Абонентские интерфейсы: POTS, ISDN, DDN, ADSL/2/2+, SHDSL/SHDSL.bis, VDSL2, FE/GE, EPON/GPON, PWE3;  Сетевые интерфейсы: FE/GE/10GE; Надежность: Высокая надежность: 99.999%;  Новая платформа доступа - ZXA10 C300M.

        Рис.3.13. Внешний вид оборудования MSAN типа ZXA10 C300M

Большая емкость:  Коммутационная матрица 480G;  14/16 абон.плат на 1 полке: 64 ADSL2+, 64 POTS, 48 VDSL2 портов на 1 плате, максимум 1024 порта на 1 полке и 3072 порта на 1 стойке;  Универсальность; Абон порты: ADSL2+, VDSL2, SHDSL, POTS, ISDN, EPON, GPON, GE, FE; Сетевые интерфейсы: 10GE, GE, FE, ATM STM-1, IMA E1, E3; Большой опыт обслуживания EoS ;  Высокое качество обслуживания QoS; Контроль многоадресной передачи multicast;  Высокая безопасность и надежность; Защита 1 + 1 основных элементов;  Простота в управлении.

Новая платформа доступа- ZXA10 C350M

Рис.3.14. Внешний вид оборудования MSAN типа ZXA10 C350M

      Средняя емкость: Коммутационная матрица 108G: 7 абон плат на 1 полке: 64 ADSL2 +, 64 POTS, 48 VDSL2 портов на 1 плате, максимум 448 порта на 1 полке. Универсальность.  Абон порты:  ADSL2+, VDSL2, SHDSL, POTS, ISDN, EPON, GPON, GE, FE. Сетевые интерфейсы: GE, FE. Большой опыт обслуживания EoS. Высокое качество обслуживания QoS: Контроль многоадресной передачи multicast. Высокая безопасность и надежность.      Защита 1 + 1 основных элементов. Простота в управлении.

 

Мини МСАН ZXDSL 9806H.

ZXDSL 9806H – устройство, применяемое в оптических сетях EPON/GPON технологий FTTB / FTTC. Это небольшое по размеру устройство, поддерживающее технологии ADSL / ADSL2+ /SHDSL /VDSL2 и ТФОП доступ. ZXDSL 9806H имеет 6 слотов: 2 слота используются для плат управления и 4 слота для интерфейсных плат.

Рис.3.15. Внешний вид оборудования мини МСАН ZXDSL 9806H

Сетевые интерфейсы: GPON/EPON/10G PON/GE/FE.  Абон. интерфейсы: ADSL2+/VDSL2/SHDSL/ ТФОП / . ISDN/GE/FE/Vectoring

Абон.интерфейсы в ТУИТ: ТФОП 48 порт х2 шт/. ADSL2+ 24 порт х 2 шт  Электропитание: -48В DC, 110/220В АС. Размеры (Длина*Выс*Глуб): 2U, 4 абон.слота,   482.6мм*88.1мм*240мм

Температурный режим: -30 С до +60С

На уровне пограничного доступа может быть использовано следующее оборудование фирмы HUAWEI.

Устройство интегрального доступа (IAD): представляет собой устройство абонентского доступа, используемое в архитектуре NGN. С помощью этого устройства осуществляется организация услуг передачи данных, речевой связи, видеоинформации и других услуг по пакетной сети. В каждом устройстве (IAD) предусмотрено максимум 48 абонентских портов.

Медиашлюз доступа (AMG): С его помощью абоненту предоставляется разнообразный доступ к услугам, таким как аналоговый абонентский доступ, доступ к цифровой сети с интеграцией услуг ISDN, доступ V5 и доступ к цифровой абонентской линии (xDSL).

Медиашлюз сигнализации (SG): находится на уровне интерфейса сети системы сигнализации ОКС7 и сети Интернет-протокола (IP); обеспечивая преобразование сигнализации между коммутируемой телефонной сетью общего пользования ТфОП и сетью IP.

Медиашлюз соединительных линий (TMG): находится между сетью с коммутацией каналов и IP сетью с коммутацией пакетов, обеспечивая преобразование формата между ИКМ-потоками и информационными потоками среды передачи IP.

Рис.3.16. .Архитектура сети NGN фирмы HUAWEI.

Универсальный медиашлюз (UMG): выполняет преобразование формата потоков среды передачи и преобразование сигнализации в режимах TMG, встроенного SG или AMG. Обеспечивается подключение разнообразных устройств, таких как телефонная станция ТфОП, учрежденческая телефонная станция УАТС (PBX), сеть доступа, сервер сети доступа (NAS) и контроллер базовой станции. Рассмотрим несколько примеров оборудования доступа.

Транспортный медиашлюз TMG8010 выполняет функцию перекодирования речи между канальным трафиком ТфОП и пакетным трафиком IP-сети, функцию упаковки/распаковки IP-пакетов и устранения эффекта переменной задержки доставки пакетов (джиттера). Он имеет встроенный шлюз сигнализации, который может использоваться при отсутствии выделенного шлюза сигнализации SG (Signaling Gateway) в сети или STP (Signaling Transfer Point). Встроенный шлюз сигнализации в TMG8010 взамодействует с гибким коммутатором SoftSwitch через M2UA (MTP2 User Adaptation Protocol) и IUA (ISDN Q.921 User Adaptation Protocol). На рис.3.17 показано положение шлюза TMG8010 в сети.

 TMG8010 может выполнять функцию кодека сообщений сигнализации ОКС7 и речевого трафика одновременно. Емкость системы - до 3840 портов.

Транспортный шлюз конструктивно выполнен в 3 типах: плата - обеспечивает 4 потока Е1, полка - обеспечивает 48 потоков Е1.   фрейм - обеспечивает 128 потоков Е1.

Рис.3.17.  Положение шлюза TMG8010 в сети.

Технические возможности:

1.                Поддержка оптического интерфейса и универсальных портов.

2.                Обеспечивает оптический интерфейс TDM SDH155M, что экономит ресурсы 2М потоков и пространство автозала, упрощает кабельную разводку.

3.                Поддерживает VoIP и RAS на одном порте. При однократных инвестициях оператор может обеспечить как услуги междугородной связи, так и услуги коммутируемого доступа к Интернет, полностью используя возможности оборудования и увеличивая доход от услуг.

4.                Полный набор стандартных протоколов: H.248 и MGCP.  SS7 через M2UA.  ISUP, TUP, PRI и R2.

5.                TMG8010 и SoftX3000 могут выполнять функцию межсетевого шлюза.

         TMG8010 обеспечивает полную функцию аутентификации и перехвата. Аутентификация может быть выполнена по вызывающему номеру или префиксу, категории вызывающего, идентификатору группы входящих или исходящих соединительных линий, атрибуту вызова, по вызываемому номеру или префиксу, времени вызова и пр.

На рис.3.18. представлен универсальный медиашлюз UMG8900, который представляет собой устройство опорной сети в мобильных системах стандарта GSM, разработанное компанией Huawei Technologies. Сети мобильной связи стандарта GSM, ориентированные на будущее, обеспечивают экономию инвестиций и высокий доход операторов связи.

UMG8900 может работать в качестве различных сетевых устройств в зависимости от сетевых требований. Аппаратная платформа UMG8900 разработана с целью комбинирования пакетного и узкополосного коммутаторов, что должно обеспечить эффективную поддержку узкополосных услуг на базе TDM и пакетных услуг поверх IP. Для потоков услуг и потока управляющих команд шлюз UMG8900 использует различные коммутационные поля. Оборудование UMG8900 поддерживает режимы передачи данных IP/TDM и  различные типы интерфейсов, обеспечивающих возможности взаимодействия с другими типами сетей:- TDM: STM-1 SDH (электрооптический интерфейс), E1, T1, - IP: FE, GE (оптоволоконный интерфейс), STM-1/4 POS (оптоволоконный интерфейс), - IPoA: STM-1 IPoA (Оптоволоконный интерфейс).  Система поддерживает следующие услуги и функции: - встроенного шлюза сигнализации, -эхоподавления, проигрывание тональных сигналов и объявлений, соединение с оборудованием IN, предоставляющим дополнительные услуги. -Детектор голосовой активности (VAD) и функции буфера джиттера позволяют экономить полосу пропускания и повышает качество голоса. В системе подвижной связи UMG8900 выполняет изменение различных характеристик несущего канала, в том числе и хэндовера.

 

Шлюз мультисервисного доступа MA5100

Шлюз мультисервисного доступа MA5100 (DSLAM) применяется на уровне доступа широкополосной сети. Он подключается к оборудованию ATM через оптический интерфейс высокоскоростной магистрали по восходящей линии (ATM STM-1) для организации широкополосной сети и обеспечения доступа к широкополосным услугам. Оборудование MA5100 собирает от абонентов широкополосные услуги через различные типы интерфейсов и передает их после централизованной обработки через интерфейс высокоскоростной магистрали.

Рис.3.18.  Архитектура медиашлюза UMG8900

     Система может взаимодействовать при помощи стандартных интерфейсов с оборудованием других производителей, чтобы предоставлять различные услуги, в том числе услуги Интернет, VOD (Видео по запросу), услуги видеоконференции, дистанционной медицины, управление инженерными системами зданий, что дает новые возможности в сфере предоставления услуг сети связи.

Услуги и применение DSLAM.

-                  Доступ к услугам ADSL

Услуги ADSL используют методы модуляции DMT и асимметричную передачу данных для передачи услуг. Полоса частот восходящего потока данных — 26-138 кГц. Скорость передачи - до 640 кбит/с, полоса частот нисходящего потока - 138 кГц. 1,104 МГц, а скорость передачи - до 8 Мбит/с.

        ADSL использует существующую абонентскую телефонную линию для передачи высокоскоростных данных и предоставляет абонентам различные типы услуг, включая высокоскоростной доступ к сети Интернет, VOD, TV и т.д. Поскольку полосы частот ADSL и 4 кГц POTS разделены, таким образом процесс предоставления широкополосных услуг не оказывает никакого влияния на предоставление традиционных услуг POTS. Система мультисервисного доступа MA5100 может применяться в качестве DSLAM, чтобы удовлетворить требования по доступу ADSL.

-       Доступ к услугам LAN, поддерживает для абонентов сети LAN, отделенных от сети VLAN, непосредственный вход в сеть Интернет при помощи существующего оборудования. Поскольку абоненты на малых и средних предприятиях (SME) не могут создать частную сеть или позволить создать сеть DDN, то им предоставляется доступ через выделенную широкополосную линию.

-       Ретрансляция кадров. Услуга ретрансляции кадров (FR) является услугой WAN. Оборудование доступа FR и группы пользователей FR, которые могут поддерживать передачу данных, факсимильных сообщений и речевых сообщений.

-       Доступ к услугам IP-DSLAM

-       Услуга ретрансляции ячеек. Система мультисервисного доступа MA5100 поддерживает PVC в режиме передачи ячеек, а также взаимодействие между абонентами ADSL и LAN. В данном режиме Сервер ячеек осуществляет доступ через интерфейсы Ethernet платы LAN, а отдельные абоненты подключаются через порты ADSL. Затем они соединяются по PVC между VLAN платы LAN и портом ADL для получения информационных услуг или получения информации мониторинга из автозала или центра управления.

Оборудование MA5100 состоит из части доступа к услугам и системной части. Функциональная структура системы приведена на рис.12.6. Часть доступа к услугам состоит из следующих модулей: — модуль доступа ADSL; — модуль доступа CES E1; — модуль доступа CES V.35; — модуль доступа ATM E1; — модуль доступа LAN; — модуль доступа FR. Системная часть состоит из двух основных модулей: —модуль мультиплексирования/демультиплексирования; —модуль управления системой.

1. Модуль доступа ADSL: Обеспечивает порт доступа услуг ADSL, использует алгоритм DMT и предоставляет методы доступа ADSL с улучшенными характеристиками. Этот модуль состоит из платы ADSL, сплиттера и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.19.  Функциональные модули системы мультисервисного доступа MA5100

2. Модуль доступа CES E1:  Обеспечивает услуги эмуляции схемы интерфейса E1, независимые 8 или 16 каналов интерфейсов E1, а также поддерживает структурированные (SDT N×64K) или неструктурированные (UDT) услуги эмуляции схемы. Для соединения каналов применяется соединение PVC, по которым возможна передача различных типов услуг с низкой скоростью передачи, осуществление доступа к различным типам услуг PBX, DDN, видеоконференции, маршрутизации и др., что позволяет полностью использовать ресурсы существующей сети.

3. Модуль доступа CES V.35.  Обеспечивает доступ к услугам передачи данных V.35N×64K. Плата CES предоставляет 8 независимых каналов интерфейса V.35, поддерживает рабочий режим DTE и DCE. Плата CES предоставляет доступ ATM для услуг V.35 через схему эмуляции. Плата CES предоставляет доступ к различным типам оборудования, использующего интерфейс V.35, включая маршрутизаторы доступа, DDN и др.

4. Модуль доступа ATM E1. Предоставляет услуги ретрансляции ячеек E1. Услуги ретрансляции ячеек E1 можно реализовать через стандартное оборудование АТМ или при помощи низкоскоростного соединения между коммутаторами АТМ по существующим линиям передачи Е1 PDH без прокладывания новых линий, таким образом полностью используя существующие сетевые ресурсы.

5.Модуль доступа LAN. Предоставляет 8 самонастраивающихся интерфейсов 10M/100M Ethernet и обеспечивает соединение с Ethernet по выделенной линии через сеть ATM, реализуя прозрачное соединение RFC 1483B.

6. Модуль доступа FR. Предоставляет услуги ретрансляции кадров E1/T1/V.35. Интерфейс ретрансляции кадров E1/T1 поддерживает доступ ретрансляции кадров с разделением каналов и без разделения каналов, а также поддерживает взаимодействие между сетью и услугами, как это указано в форуме “Frame Relay Forum”.

7. Модуль для удаленного каскадного построения сети AIU:      Обеспечивает интерфейсы ATM STM-1 и IMA и APON для реализации функции удаленного каскадного построения.

8.Модуль мультиплексирования/демультиплексирования:        Выполняет функцию мультиплексирования/демультиплексирования потока услуг в системе, мультиплексирует поток данных из низкоскоростных сервисных плат в поток данных с более высокой скоростью и передает их в интерфейс высокоскоростной магистрали. Кроме того, модуль производит поиск адресов потока данных из интерфейса высокоскоростной магистрали и демультиплексирует их в различные низкоскоростные модули услуг.

9. Модуль управления системой:Выполняет функции технического обслуживания, управления, настройки конфигурации системы и т.д. Собирает информацию от других модулей, передает команды управления, настраивает конфигурацию данных и т.д. Кроме того, обеспечивает интерфейсы технического обслуживания, интерфейсы NMS и интерфейсы устранения неполадок.

 

3.2. Типы коммутаторов и маршрутизаторов транспортного уровня,  принципы работы

Системы Интернет базируются на IP-протоколе, обеспечивающем построение логических сетей и использующем для своей работы услуги переноса информации различных физических сетей (LAN, ISDN, ATM, GSM и др.). IP-системы дают возможность разработки и реализации широкого набора разнообразных услуг и вместе с ними многочисленных приложений. Значение Интернет-систем в современных телекоммуникациях быстро растет. IP-сети различных типов представляют собой в настоящее время ядро слияния (конвергенции) различных телекоммуникационных и информационных технологий. Из-за эффективности и универсальности решений, базирующихся на IP-технологии, они встречаются как в сетях общего пользования (Интернет), так и в частных сетях (интранет, экстранет) индивидуальной и деловой связи. Из-за своей распространенности очень похожие решения используются также для внутреннего межсоединения элементов в системах.

        В настоящее время актуальной является 4-ая версия IP-протокола (IPv4). Вся глава "IP-технология" рассматривает именно эту версию. Уже разработана также версия 6 (IPv6), однако, она пока еще не нашла широкого применения.

Маршрутизация и передача пакетов

       В IP-сетях основной единицей сообщения является пакет, который отдельным устройством в IP-сети адресуется и посылается получателю. Перед передачей IP-пакета оба "коммуницирующих" устройства не устанавливают соединения (как это происходит, например, в сети ISDN). Каждый IP-пакет состоит из заголовка пакета и части полезной (пользовательской) информации. В заголовке каждого пакета записан IP-адрес пункта-получателя и IP-адрес пункта-отправителя. Процесс, с помощью которого сетевое устройство несколькими сетевыми соединениями определяет, куда должны быть доставлены IP-пакеты, полученные им по одному из сетевых соединений или генерированные им самим, называется IP-маршрутизацией. Маршрутизация в простой форме, как правило, осуществляется также в тех сетевых устройствах, у которых есть всего одно физическое соединение (например, интерфейс Ehernet). Решением определяется, будет ли использоваться физическое соединение или шлейфовый интерфейс. Решение по маршрутизации принимается на основе содержания таблицы маршрутизации, которая генерируется сетевым устройством на основе конфигурационных данных своих сетевых IP-соединений.

       Маршрутизаторы - это сетевые устройства, имеющие как минимум два физических интерфейса и соответствующие логические соединения. В этом случае правила маршрутизации определяют, в которую из сетей маршрутизатор передаст принятый или генерированный IP-пакет, и этим задают следующий шаг на пути прохождения пакета по IP-сетям до целевого сетевого соединения.

       Фрагментация (разборка) и дефрагментация (повторная сборка) - это функции, с помощью которых IP-сеть адаптируется к различным размерам кадров физических сетей. Так, например, сеть LAN типа FDDI обеспечивает передачу кадров максимальных размеров, составляющих приблизительно 4500 октетов, a LAN типа Ehernet - всего 1500. При установлении соединения по таким двум физическим сетям логическая IP-сеть позаботится об автоматическом преобразовании размеров пакетов.

       Специфические потребности работы маршрутизаторов удовлетворяют протоколы маршрутизации (routing protocols). Речь идет о семействе протоколов, являющихся внутренними протоколами IP-сетей. Они служат для сбора и обмена информацией, касающейся топологии IP-сетей и доступных маршрутов. Как правило, терминальное оборудование пользователей не имеет протоколов маршрутизации.

      Примерами протоколов маршрутизации являются RIP (Routing Information Protocol - протокол обмена маршрутной информацией), OSPF (Open Shortest Path First - открытый поиск кратчайшего пути), BGP (Border Gateway Protocol - протокол по граничной маршрутизации) и др.

  Коммутаторы выполняют функцию коммутации пакетной информации. Они коммутируют пакеты с одного порта на другой и имеют буферное устройство, которое позволяет  сохранять пакеты на некоторое время. Используют коммутаторы различных версий и моделей компаний разработчиков телекоммуникационного оборудования.

   Работа коммутатора во многом схожа с предназначением концентратора - но он делает это более эффективно. Каждый пакет данных (рамка Ethernet), передаваемый в сети, имеет источник и адрес MAC адресата. Коммутатор имеет способность «запоминать» адрес каждого компьютера, подключённого к его портам и действовать как регулировщик - только передавать данные на компьютер адресата и ни на какие другие. Это может оказать существенный положительный эффект на производительность всей сети, потому устраняются ненужные передачи и освобождается сетевая пропускная способность. Коммутатор можно представить как центральный компонент одной сети. Он используется для связи устройств в сети и доставки рамок уровня 2 (OSI model). Коммутатор отличается от концентратора тем, что он не передаёт повторно рамки на все другие устройства - он создаёт прямое соединение между передающими и принимающими устройствами.

    По сравнению с коммутаторами, маршрутизаторы медленны и относительно дорогостоящи. Маршрутизатор – это интеллектуальное устройство, связывающее две или более сети для доставки пакетов уровня 3 (OSI model). Поскольку может быть множество возможных путей, маршрутизатор принимает во внимание множество критерий при определении пути посылки пакета данных. Факт, что коммутаторы и маршрутизаторы работают на различных уровнях OSI, указывает на то, что они опираются на различную информацию (содержащуюся в рамках или пакетах) для того, чтобы отправить данные из источника адресату.
        Важным различием между сетями, использующими коммутаторы и маршрутизаторы, является то, что сети с коммутаторами не блокируют радиопередачи. В результате коммутаторы могут быть испорчены потоками пакетов радиопередач. Маршрутизаторы блокируют радиопередачи по локальной сети, таким образом, поток радиопередач затрагивает только тот домен, из которого он исходит. Так как маршрутизаторы блокируют радиопередачи, они также обеспечивают более высокий уровень безопасности, чем коммутаторы.

 

3.3. Функции и архитектура Softswitch уровня управления сети.

Программный коммутатор Softswitch ZXSS10 SS1b

Рис.3.20. Внешний вид программного коммутатора Softswitch ZXSS10 SS1b

ZXSS10 SS1b является основным опорным устройством NGN архитектуры Корпорации ZTE. Он реализует такие функции, как контроль вызовов,  доступ к медиашлюзам, маршрутизация, аутентификация, обработка протоколов, учет длительности, и т.д.

Взаимодействуя с сервером приложений SCP на уровне услуг, ZXSS10 SS1b предоставляет не только базовые услуги ТфОП, но и мультимедийные услуги, традиционные услуги IN, индивидуальные IP-услуги и услуги с дополнительной стоимостью.

         Функции: Обработка простых и сложных вызовов;  Адаптация протоколов; Предоставление открытого и стандартного интерфейса для сервисных платформ, что способствует простому добавлению новых услуг в будущем; Поддержка учета стоимости, аутентификации, техобслуживания и т.д.; Разрешение адресов: конвертирует адреса E.164 в IP-адреса; Контролирует применение разнообразных голосовых кодеков медиашлюзами, а также предоставляет дополнительные алгоритмы при необходимости; Поддерживает мощный механизм dual-homing (двойного резервирования); Централизованное управление ресурсами системы, распределение ресурсов и контроль.

Поддержка протоколов: Протоколы контроля вызова: ISUP, TUP over IP, SIP, SIP-T, SIP-I, H.323, BICC, V5.2, R2, PRA; Протоколы контроля транспорта: TCP, UDP, SCTP, TCAP/SCCP,  M3UA, M2UA, M2PA, IUA, V5UA; Протоколы медиа контроля: H.248/MEGACO, SIP, MGCP, NCS; Протоколы сервисных приложений: INAP(CS2), LDAP, RADIUS, MAP;  Протоколы управления техобслуживанием: SNMP, FTP, Telnet

Емкость системы: Абоненты: 16,000,000 (макс.); Соединительные линии: 1,600,000 (maкс.); Количество сигнальных шлюзов: 1000 (макс.); Максимальное количество пунктов сигнализации: 1024; Максимальное количество сигнальных линков: 1500х64kили 100х2M; Количество медиашлюзов: 2 млн; Черный/белый листы: 5 млн; Точность биллинга: ≥99.9999%;  Уровни каскадирования: 8 (макс.)

Производительность обработки:  BHCA отдельной полки: не менее 2Mдля абонентов (макс.);  BHCA отдельной системы: неменеечем 16M для абонентов (макс.)

Надежность: Время восстановления: менее 5 мин (макс.);  Среднее время простоя: 5.3 мин (общее).

3.4. Классификация серверов и приложений используемых на уровне  управления услуг

Сервер приложений. Используется для предоставления расширенного списка дополнительных услуг абонентам пакетных сетей или абонентам, получающим доступ в пакетные сети. Серверы приложений предназначены для выполнения функций уровня услуг и управления услугами. Спецификация выполняемых функций зависит от реализуемой с помощью сервера услуги группы услуг и не может быть сформулирована на абстрактном уровне. Серверы приложений, как правило, взаимодействуют с оборудованием Softswitch, где задействованы технологии Java, XML, SOAP. Подключение производится в основном с использованием интерфейсов, базирующихся на Ethernet.

Сервера приложений

       На уровне управления услугами в основном осуществляется предоставление дополнительных услуг, а также поддержка функционирования при установленных соединениях. Могут быть использованы следующие сервера услуг: Интегральная Система Поддержки Эксплуатации iOSS, состоящая из двух систем: системы управления сетью (NMS) для централизованного управления сетевыми элементами МПС и интегрированной системы тарификации услуг. Policy Сервер – Сервер управления – предоставлением абоненту средств связи, используется для управления предоставленными пользователю средствами связи, такими как список контроля доступа (ACL), полоса пропускания, трафик, качество обслуживания и т.д. Сервер приложений – Application Server – используется для создания и управления логикой различных услуг с добавленной стоимостью и услуг интеллектуальной сети, а также для предоставления инновационной платформы по разработке услуг и предоставления услуг сторонних провайдеров с помощью открытых интерфейсов программируемых приложений (API). Поскольку сервер приложений является физически выделенным устройством, он независим от оборудования SoftSwitch, находящегося на уровне сетевого управления. Это обеспечивает разделение функции предоставления услуг от функции управления вызовом и содействует вводу новых услуг. Сервер местоположения – Location Server – используется для динамического распределения маршрутов между оборудованием гибких коммутаторов SoftSwitch в сети NGN, определяет возможность установления соединений с пунктом назначения, обеспечивает лучшую эффективность использования таблицы направлений обмена за счет ее упрощения и повышения возможностей ее использования, и уменьшает усложненность маршрутов. Сервер RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) –  Сервер службы аутентификации удаленных вызывающих пользователей –  используется для централизованной аутентификации пользователей, шифровки пароля, выбора услуг и фильтрации, а также централизованной тарификации услуг. Сервер медиаресурсов – MRS Server – используется для реализации функций обработки среды передачи при организации основных и усовершенствованных услуг. К данным функциям относятся следующие: обеспечение тональных сигналов услуг, услуг конференц-связи, интерактивный голосовой ответ IVR (Interactive Voice Response), услуга записанных сообщений и речевого меню.  Узел управления услугами – SCP –  является основным узлом интеллектуальной сети (IN) и используется для хранения абонентских данных и логики услуг. В соответствии с поступающими вызовами, о которых сообщается узлом коммутации услуг (SSP), узел управления услугами SCP задействует соответствующую логику услуги, осуществляет поиск базы данных услуги и базы данных пользователя на основе задействованной логики услуги, и затем осуществляет посылку надлежащих команд управления вызовом в соответствующий узел коммутации услуг SSP для указания выполнения узлом SSP последующих действий, таким образом, осуществляя установление различных интеллектуальных вызовов. Это основная функция узла управления услугой SCCP.

В сети NGN весь интеллект сосредоточен на периферии, и основным требованием к сети остается обеспечение достаточной пропускной способности или широкополосность транспорта. Сеть NGN характеризуется открытой и распределенной архитектурой, в которой услуги отделены от функций управления вызовом, а функция управления вызовом отделена от функции переноса. Таким образом, архитектура сети обусловливает не зависимость услуг от сети. Благодаря открытым протоколам и интерфейсам осуществляется оперативное и гибкое предоставление множества услуг, а абонентам предоставляется возможность по своему желанию оптимизировать услугу, независимо от сетевой структуры и типа терминала услуг переноса. Сеть NGN представляется закономерным продуктом различных уровней конвергенции услуг и технологий.

Интегрированная система управления сетью NetNumenTM N31

Интегрированная система управления сетью NGN предоставляет централизованное управление всеми сетевыми элементами ZTE NGN включаяSoftswitch, TG, SG, AG, IAD и устройства передачи данных. Кромеэтого, система обеспечивает клиентов унифицированным интерфейсом управления для управления продуктами других производителей.

         Функциональность: Управление топологией и отображением; Управление сбоями;  Управление производительностью;  Управление конфигурацией; Управление отчетами;  Управление политикой;  Управление версиями ПО; Управление диагностическим тестированием; Управление журналом событий; Управление безопасностью;  Управление системой

        Характеристики: Унифицированная платформа.

Управление работой и техобслуживанием разнообразных сетевых элементов на унифицированной платформе централизованным способом;  Расширяемая платформа. Данная платформа основана на J2EE и является легко расширяемой для добавления новых дополнительных сетевых элементов и новых функций.  Множество типов OS и DB.

Платформа поддерживает множество операционных систем, таких как Windows, LUNIXиUNIX. Она работает с множеством систем баз данных, таких как SQL сервер, Oracle и SYSBASE.  Мощные EMS и NMS функции.  Мощное управление топологией. Система предоставляет графическую диаграмму всей сети, включая все узлы и соединения. Все операции могут быть осуществлены на данной топологии.

        Емкость системы: Одновременное управление 3000 одноранговыми сетевыми элементами и 50 клиентами;  Производительность по опросам:  Период опроса состояния сетевых элементов: 133 секундыпоумолчаниюи 30 секунд минимум.  Ошибка времени опроса: < 2 секунд;  Период опроса параметров производительности сетевыхэлементов: 300 секунд по умолчанию и 30 секунд минимум. Параметр максимальной производительности (параметр MIB): 200 единиц в секунду.  Производительность по обработке аварий:  Среднеевремяотклика: не более 20 секунд.  Время отклика при полной загрузке системы: не более 30 секунд.  Максимальная обрабатывающая способность: 300 единиц в секунду.  Производительность очередей и статистики: 4000 единиц в секунду.  Доступность:  Отдельный сервер: MTTR 8.5 м, MTBF 259200 м, доступность 99.997%;  Сервера с резервированием: MTTR70 м, MTBF 259200 м,доступность 99.9997%.

Протоколы: Протоколы Southbound: SNMP (V1, V2C): стандарты разнообразных продуктов и частные MIB; TELNET и MML; TR069; Протоколы Northbound: CORBA; SNMP; MML;  Другие протоколы: CORBA V2.3; XML V1.0;  JAVA RMI V1.0;  JDBC V1.1&V2.0

       Система управления NMS: Единая система управления для всех элементов сети;  Узкополосные интерфейсыSNMP,  TELNET, MML, TR069;  Широкополосные интерфейсыMML, CORBA, SNMP, TL1, FTP.

 

Рис.3.21. Интегрированная система управления сетью NetNumenTM N31

 

Контрольные вопросы

 

1.    Какие телефоны называются SIP терминалами и их функции.

2.    Основные оконечные устройства конвергентных сетей следующих поколений.

3.    Назначение шлюзов и их виды.

4.    Какую функцию выполняют транспортные шлюзы.

5.    Назначение маршрутизаторов и коммутаторов транспортного  уровня.

6.    Какую функцию выполняет программный коммутатор.

7.    Серверы приложений их типы.

 

 

Лекция 4

 

Основные протоколы конвергентных сетей нового поколения

 

План лекции

 

4.1. Основные протоколы конвергентных сетей следующего поколения: RTP, H.323, SIP, MGCP, MEGACO/H.248.

4.2. Их сравнительный анализ с точки зрения использования протоколов в конвергентных сетях следующего поколения.

 

4.1. Основные протоколы конвергентных сетей следующего поколения: RTP, H.323, SIP, MGCP, MEGACO/H.248

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

1.           Протокол Н.323. Рекомендация МСЭ Н.323 была разработана для обеспечения установления соединения и передачи голосового и видео трафика по пакетным сетям, в частности Интернет и intranet, которые не гарантируют качества обслуживания (QoS).

2.              Session Initiation Protocol. Это протокол прикладного уровня, с помощью которого осуществляются такие операции, как установление, изменение и завершение мультимедийных сессий или вызовов по IP-сети. Сессии SIP могут включать мультимедийные конференции, дистанционное обучение, Интернет-телефонию и другие подобные приложения. Сегодня SIP рассматривается многими участниками инфокоммуникационного рынка как международный стандарт.

3.              Media Gateway Control Protocol. Протокол MGCP используется для управления шлюзами MG. Он разработан для архитектуры, в которой вся логика обработки вызовов располагается вне шлюзов, и управление выполняется внешними устройствами, такими, как MGC или агенты вызовов.

4.              MEGACO/H.248. Этот протокол, по всей видимости, заменит MGCP в качестве стандарта для управления медиа-шлюзами. MEGACO служит общей платформой для шлюзов, устройств управления многоточечными соединениями, а также устройств интерактивного голосового ответа.

5.              Протокол Signalling Transport (SIGTRAN). Это набор протоколов для передачи сигнальной информации по IP-сетям. Он используется как в обоих видах шлюзов, так и в Softswitch. SIGTRAN реализует функции протокола SCTP (Simple ControlTransport Protocol) и уровней адаптации (Adaptation Layers). SCTP отвечает за надежную передачу сигнальной информации, осуществляет управление сигнальным трафиком, обеспечивает безопасность.

         Основная задача Softswitch — согласовывать разные протоколы сигнализации как сетей одного типа, например, при сопряжении сетей H.323 и SIP, так и при взаимодействии сетей коммутации каналов с IP-сетями.

Основные типы сигнализации, которые использует SoftSwitch, — это сигнализация для управления соединениями, сигнализация для взаимодействия разных SoftSwitch между собой и сигнализация для управления транспортными шлюзами. Основными протоколами сигнализации управления соединениями сегодня являются SIP-T, ОКС-7 и H.323. В качестве опций используются протокол E-DSS1 первичного доступа ISDN, протокол абонентского доступа через интерфейс V5, а также все еще актуальная сигнализация по выделенным сигнальным каналам CAS.

     Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и Megaco/H.248, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между коммутаторами SoftSwitch являются SIP-T и BICC.

Предоставляемые услуги.

За счет доступа к различным сетям и приложениям, на базе Softswitch гораздо проще организовывать различные виды услуг и дополнительных видов обслуживания:

Полный набор современных услуг телефонии, таких как интеллектуальная маршрутизация вызовов, в зависимости от доступности абонента, ожидание вызова, удержание и перевод вызовов, трехсторонние конференции, парковка и перехваты вызовов, многолинейные группы абонентов и т. д.

Назначение прямых городских номеров на любую из линий, разрешение или запрет определенных видов входящей/исходящей связи на них, получение статистики соединений.

Широкие возможности активации и деактивации услуг и сервисов на определенной телефонной линии, посредством кодов активации, набираемых с телефона, посредством web-интерфейса, посредством обращения к голосовому порталу IVR, посредством меню телефонного аппарата.

Голосовые сервисы, такие как голосовая почта, с возможностью отправки полученного сообщения на email и т. п.

В первую очередь Softswitch управляет обслуживанием вызовов, т.е. установлением и разрушением соединений. Также Softswitch осуществляет координацию обмена сигнальными сообщениями между различными сетями, иначе говоря, Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими объектами в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях таким образом, чтобы они были поняты на обеих сторонах разнородных сетей.

Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch:сигнализация для управления соединениями;сигнализация для взаимодействия различных Softswitch между собой;сигнализация для управления транспортными шлюзами.

Основными протоколами сигнализации для управления соединениями сегодня являются SIP, ОКС-7, H.323. Также опционально используются:абонентская сигнализация E-DDS-1 первичного доступа ЦСИС (цифровая сеть с интеграцией служб, ISDN);протокол абонентского доступа через интерфейс V5;российская версия сигнализаций R1,R2 – R 1.5.

Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и MEGACO/Н.24, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между Softswitch — SIPТ и BICC (рис. 4.1).

 

 

Протоколы RTP, RTCP, UDP

Основным транспортным протоколом для мультимедийных приложений стал протокол реального времени RTP (Real Time Protocol), предназначенный для организации передачи пакетов с кодированными речевыми сигналами по пакетной сети. Передача пакетов RTP ведется поверх протокола UDP, работающего, в свою очередь, поверх IP (рис. 4.1).

Рис. 4.1.  Взаимодействие Softswitch с остальным оборудованием

Характерные для IP-сетей временные задержки и вариация задержки пакетов (джиттер) могут серьезно исказить информацию, чувствительную к задержке, например речь и видеоинформацию, сделав ее абсолютно непригодной для восприятия. Вариация задержки (джиттер) пакетов гораздо сильнее влияет на субъективную оценку качества передачи, чем абсолютное значение задержки.

Протокол RTP позволяет компенсировать негативное влияние джиттера на качество речевой и видеоинформации, но в то же время он не имеет собственных механизмов, гарантирующих своевременную доставку пакетов или другие параметры качества услуг, – это осуществляют нижележащие протоколы. Он даже не обеспечивает все те функции, которые обычно предоставляют транспортные протоколы, в частности функции исправления ошибок и управления потоком. Обычно протокол RTP базируется на протоколе UDP и использует его функции, но может работать и поверх других транспортных протоколов.

 

Рис. 4.2.  Уровни протоколов RTP/UDP/IP

Протокол TCP плохо подходит для передачи чувствительной к задержкам информации. Во-первых, это алгоритм надежной доставки пакетов. Пока отправитель повторно передаст пропавший пакет, получатель будет ждать, результатом чего может быть недопустимое увеличение задержки. Во-вторых, алгоритм управления при перегрузке в протоколе TCP не оптимален для передачи речи и видеоинформации. При обнаружении потерь пакетов протокол TCP уменьшает размер окна, а затем будет его медленно увеличивать, когда как разумнее было бы изменить метод кодирования или размер видеоизображения.

Протокол RTP предусматривает индикацию типа полезной нагрузки и порядкового номера пакета в потоке, а также применение временных меток. Отправитель помечает каждый RTP-пакет временной меткой, получатель извлекает ее и вычисляет суммарную задержку. Разница в задержке разных пакетов позволяет определить джиттер и смягчить его влияние – все пакеты будут выдаваться приложению с одинаковой задержкой.

Доставка RTP-пакетов контролируется специальным протоколом RTCP (Real Time Control Protocol).

Основной функцией протокола RTCP является организация обратной связи приемника с отправителем информации для отчета о качестве получаемых данных. Протокол RTCP передает сведения (как от приемника, так и от отправителя) о числе переданных и потерянных пакетов, значении джиттера, задержке и т.д. Эта информация может быть использована отправителем для изменения параметров передачи, например для уменьшения коэффициента сжатия информации с целью улучшения качества ее передачи.

Протокол передачи пользовательских дейтаграмм – User Datagram Protocol (UDP) – обеспечивает негарантированную доставку данных, т.е. не требует подтверждения их получения; кроме того, данный протокол не требует установления соединения между источником и приемником информации.

Протокол Н.323

Для построения сетей IP-телефонии первой стала рекомендация H.323 МСЭ-Т, которая является также первой зонтичной спецификацией систем мультимедийной связи для работы в сетях с коммутацией пакетов, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (рис. 4.3).

Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ЦСИС (цифровая служба с интеграцией служб), наложенные на сети передачи данных. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации МСЭ-Т Q.931 и практически идентична той же процедуре в сетях ЦСИС. При этом рекомендация H.323 предусматривает применение разнообразных алгоритмов сжатия речевой информации, что позволяет использовать полосу пропускания ресурсов передачи гораздо более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов.

Рис. 4.3.  Структура сети Н.323

Основными устройствами сети являются: терминал, шлюз, привратник. В отличие от устройств ТфОП, устройства Н.323 не имеют жестко закрепленного места в сети, а подключаются к любой точке IP-сети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой зоной управляет привратник.

Терминал H.323 – оконечное устройство сети IP-телефонии, обеспечивающее 2-стороннюю речевую или мультимедийную связь с другим терминалом, шлюзом или устройством управления конференциями.

Шлюз является соединяющим мостом между ТфОП и IP. Основная функция шлюза — преобразование речевой (мультимедийной) информации, поступающей со стороны ТФОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации, подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование. Кроме того, шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию по 2ВСК и сообщения систем сигнализации DSS1 и OKC7 в сигнальные сообщения Н.323. При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза: преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети.

Привратник выполняет функции управления зоной сети IP-телефонии, в которую входят терминалы и шлюзы, зарегистрированные у данного привратника. Разные участки зоны сети H.323 могут быть территориально разнесены, но соединяться друг с другом через маршрутизаторы (рис. 4.4).

Рис. 4.4.  Зоновая архитектура сети H.323

В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят:  преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP-адрес и номер порта RTP); контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии при помощи сигнализации RAS (Registration, Admission and Status); контроль, управление и резервирование пропускной способности сети; маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне.

Привратник также обеспечивает для пользователя возможность получить доступ к услугам любого терминала в любом месте сети и способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении из одного места в другое.

 

 

Протокол SIP

Вторым вариантом построения сетей стал протокол SIP, разработанный комитетом IETF (Internet Engineering Task Force); спецификации протокола представлены в документе RFC 2543.

Протокол инициирования сеансов – Session Initiation Protocol (SIP) – является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации, в основу которого заложены следующие принципы:персональная мобильность пользователей. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится; масштабируемость сети (характеризуется в первую очередь возможностью увеличения количества элементов сети при ее расширении);расширяемость протокола характеризуется возможностью дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями.

Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом H.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП – DSS1 и ОКС7.

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут применяться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5, IPX и др. Структура сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Но в то же время предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP. Пример построения сети SIP представлен на рис. 4.5.

Сеть SIP содержит следующие основные элементы.

Агент пользователя (User Agent или SIP client) является приложением терминального оборудования и включает в себя две составляющие: клиент агента пользователя (User Agent Client – UAC) и сервер агента пользователя (User Agent Server – UAS), иначе называемые клиент и сервер. Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и отвечает на них, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны.

Запросы могут передаваться не прямо адресату, а на некоторый промежуточный узел (прокси-сервер и сервер переадресации).

Прокси-сервер (proxy server) принимает запросы, обрабатывает их и отправляет дальше на следующий сервер, который может быть как другим прокси-сервером, так и последним UAS. Таким образом, прокси-сервер принимает и отправляет запросы и клиента, и сервера. Приняв запрос от UAC, прокси-сервер действует от имени этого UAC.

Рис. 4.5.  Пример построения SIP-сети

Сервер переадресации (redirect server) передает клиенту в ответе на запрос адрес следующего сервера или клиента, с которым первый клиент связывается затем непосредственно. Он не может инициировать собственные запросы. Адрес сообщается первому клиенту в поле Contact сообщений SIP. Таким образом, этот сервер просто выполняет функции поиска текущего адреса пользователя.

Сервер местоположения (location server) – база адресов, доступ к которой имеют SIP-серверы, пользующиеся ее услугами для получения информации о возможном местоположении вызываемого пользователя. Приняв запрос, сервер SIP обращается к серверу местоположения, чтобы узнать адрес, по которому можно найти пользователя. В ответ тот сообщает либо список возможных адресов, либо информирует о невозможности найти их.

Протокол MGCP

Рабочая группа MEGACO комитета IETF разработала протокол управления шлюзами – Media Gateway Control Protocol (MGCP).

При разработке протокола управления шлюзами рабочая группа MEGACO опиралась на принцип декомпозиции, согласно которому шлюз разбивается на отдельные функциональные блоки (рис. 4.6):

транспортный шлюз – Media Gateway, который выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование; устройство управления – Call Agent, выполняющее функции управления шлюзом; шлюз сигнализации – Signaling Gateway, который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к устройству управления шлюзом и перенос сигнальной информации в обратном направлении.

Рис. 4.6.  Архитектура сети, базирующейся на протоколе MGCP

Таким образом, весь интеллект функционально распределенного шлюза размещается в устройстве управления, функции которого в свою очередь могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами. Шлюз сигнализации выполняет функции STP – транзитного пункта системы сигнализации по общему каналу – ОКС7. Транспортные шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации. Одно устройство управления обслуживает одновременно несколько шлюзов. В сети может присутствовать несколько устройств управления. Предполагается, что эти устройства синхронизованы между собой и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Рабочая группа MEGACO не определяет протокол синхронизации работы устройств управления, однако в ряде работ, посвященных исследованию возможностей протокола MGCP, для этой цели предлагается использовать протоколы H.323, SIP или ISUP/IP.

Перенос сообщений протокола MGCP обеспечивает протокол UDP

Одно из основных требований, предъявляемых к протоколу MGCP, состоит в том, что устройства, реализующие этот протокол, должны работать в режиме без сохранения информации о последовательности транзакций между устройством управления и транспортным шлюзом, т.е. в устройствах не требуется реализации конечного автомата для описания этой последовательности.

Протокол MGCP является внутренним протоколом, поддерживающим обмен информацией между функциональными блоками распределенного шлюза. Протокол MGCP использует принцип master/slave (ведущий/ведомый), причем устройство управления шлюзами является ведущим, а транспортный шлюз – ведомым устройством, которое выполняет команды, поступающие от устройства управления.

Такое решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту эксплуатационного управления ею через устройство управления шлюзами. К тому же неинтеллектуальные шлюзы требуют меньшей производительности процессоров и, как следствие, оказываются менее дорогими. Кроме того, обеспечивается возможность быстро добавлять новые протоколы сигнализации и новые дополнительные услуги, так как нужные для этого изменения затрагивают только устройство управления шлюзами, а не сами шлюзы.

Рабочей группой MEGACO предложена следующая классификация транспортных шлюзов (Media Gateways):Trunking Gateway – шлюз между ТфОП и сетью с маршрутизацией пакетов IP, ориентированный на подключение к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тысяч) с использованием системы сигнализации ОКС 7; Voice over ATM Gateway – шлюз между ТфОП и АТМ-сетью, который также подключается к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тысяч);Residential Gateway – шлюз, подключающий к IP-сети аналоговые, кабельные модемы, линии xDSL и широкополосные устройства беспроводного доступа;Access Gateway – шлюз для подключения к сети IP-телефонии небольшой учрежденческой АТС через аналоговый или цифровой интерфейс;Business Gateway – шлюз с цифровым интерфейсом для подключения к сети с маршрутизацией IP-пакетов учрежденческой АТС при использовании, например, системы сигнализации DSS1;Network Access Server – сервер доступа к IP-сети для передачи данных; Circuit switch или packet switch – коммутационные устройства с интерфейсом для управления от внешнего устройства.

Протокол MEGACO/H.248

Рабочая группа MEGACO комитета IETF, продолжая исследования, направленные на усовершенствование протокола управления шлюзами, создала более функциональный (по сравнению с рассмотренным в предыдущей главе протоколом MGCP) протокол MEGACO. Но разработкой протоколов управления транспортными шлюзами, кроме комитета IETF, занималась еще и исследовательская группа SG 16 Международного союза электросвязи. Спецификации адаптированного протокола приведены в рекомендации ITU-T H.248.

Рассмотрим кратко основные особенности протокола MEGACO/ H.248. Для переноса сигнальных сообщений MEGACO/ H.2488 могут использоваться протоколы UDP, TCP, SCTP или транспортная технология ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP – одно из обязательных требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP, так же как и технологии ATM, является необязательной. При описании алгоритма установления соединения с использованием протокола MEGACO комитет IETF опирается на специальную модель процесса обслуживания вызова, отличную от модели MGCP. Протокол MEGACO оперирует с двумя логическими объектами внутри транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми может управлять контроллер шлюза (рис. 3.7).

Порты являются источниками и приемниками речевой информации. Определено два вида портов: физические и виртуальные.

Физические порты, существующие постоянно с момента конфигурации шлюза, — это аналоговые телефонные интерфейсы оборудования, поддерживающие одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и сгруппированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1. Виртуальные порты, существующие только в течение разговорной сессии, являются портами со стороны IP-сети (RTP-порты), через которые ведутся передача и прием пакетов RTP. Контекст – это отображение связи между несколькими портами, то есть абстрактное представление соединения двух или более портов одного шлюза. В любой момент времени порт может относиться только к одному контексту, который имеет свой уникальный идентификатор. Существует особый вид контекста – нулевой. Все порты, входящие в нулевой контекст, не связаны ни между собой, ни с другими портами. Например, абстрактным представлением свободного (не занятого) канала в модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.

Рис. 4.7.  Примеры модели процесса обслуживания вызова

Порт имеет уникальный идентификатор (TerminationID), который назначается шлюзом при конфигурации порта. Например, идентификатором порта может служить номер тракта Е1 и номер временного канала внутри тракта.

При помощи протокола MEGACO контроллер может изменять свойства портов шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы, которые включаются в команды управления портами.

 

4.2. Их сравнительный анализ с точки зрения использования протоколов в конвергентных сетях следующего поколения

Сведем основные характеристики протоколов IP-телефонии в одну таблицу (таблица 4.1).

Таблица 4.1

Основные протоколы IP-телефонии

Характеристики	SIP	H.323	MGCP	MEGACO	ISUP
Назначение	Для IP-коммуникаций	Для IP-телефонии	Для управления транспортными шлюзами		Для сетей с БРК
Архитектура	Peer-to-Peer	Peer-to-Peer	Master-Slave		Peer-to-Peer
Интеллект	Рассредоточен по элементам сети	В ядре сети	В ядре сети		В ядре сети
Сложность	Простой	Сложный	Простой		Сложный
Масштабируемость	Высокая	Средняя	-		Средняя
Тип данных	Речь, данные, видео	Речь, данные, видео	Управление передачей речи, данных		Речь и данные
QoS	Поддерживается	Поддержка диффиринцированного обслуживания	Контроль QoS на уровне IP		Не требуется
Адресация	Поддержка IP-адресов и имен доменов, через DNS	Поддержка IP-адресов, мультизонная, многодоменовая поддержка через привратник	Цифровая адресация терминалов пользователей, поддержка IP-адресов и имен доменов для транспортных шлюзов		Статические

Сравнение протоколов (с позиции применения в ССП)

MEGACO/H.248 и MGCP

Прежде всего, MEGACO имеет более общую модель обслуживания вызовов, что позволяет ему лучше работать с такими соединениями как TDM-TDM, TDM-ATM, и TDM-IP, а также более гибко управлять конференциями. Еще одно различие касается транзакций. MEGACO в транзакциях содержит команды раздельно друг от друга, в то время как МGCP позволяет использовать вложенные команды, что усложняет процесс поиска команды. MEGACO может применять в целях обеспечения безопасности заголовки аутентификации, которых нет у MGCP. Что касается мультимедиа, MEGACO позволяет микшировать аудио/видеоданные и таким образом поддерживает мультимедийный трафик, а MGCP ориентирован только на поддержку аудиоинформации. Если шлюз обнаруживает аварию на управляющем им Softswitch при помощи команд, протокол MEGACO позволяет назначить новый управляющий Softswitch. В MGCP это делается гораздо более сложным способом.

MEGACO/H.248 и SIP

MEGACO/ H.248 и SIP не соперничают друг с другом, т.к. MEGACO – это протокол, предназначенный для взаимодействия Softswitch и медиашлюзов, а SIP – это протокол взаимодействия одноранговых устройств (Softswitch или SIP-телефон). Взаимодействие транспортных шлюзов ограничено областью одного домена, т.к. они контролируются одним Softswitch. Таким образом, можно сказать, что MEGACO не определяет систему связи в целом, ему нужен протокол для взаимодействия Softswitch, которым может быть SIP.

MEGACO/H.248 и Н.323

Как и SIP, протокол H.323 может дополнять MEGACO/ H.248, поскольку тоже является протоколом, обеспечивающим взаимодействие одноранговых устройств. В таком случае MEGACO/H.248 позволит Н.323 избавиться от присущих ему проблем с масштабируемостью, доступностью и возможностью взаимодействовать с ОКС7. В этих условиях Н.323 будет протоколом терминалов для взаимодействия друг с другом и с сетью, а MEGACO будет использоваться привратниками для управления большими шлюзами, обеспечивающими взаимодействие IP-сети, построенной согласно Н.323 с сетью ТфОП.

Протокол BICC

Для взаимодействия Softswitch между собой теоретически должен применяться протокол BICC (Bearer Independent Call Control), разработанный МСЭ. И хотя на практике более популярным становится второй протокол – SIP (SIP-T), разработанный IETF, протокол BICC успешно используется до сих пор, например в решениях Ericsoon.

При разработке данного протокола обязательным требованием являлась поддержка сигнальных сообщений ISUP, поскольку протокол должен был облегчить операторам переход к ССП и обеспечить взаимодействие новой мультисервисной сети с существующими сетями ISDN. Фактически протокол BICC рассматривался как еще одна прикладная подсистема сигнализации ОКС7, обеспечивающая экономичный переход к мультисервисной сети с сохранением большей части сигнального оборудования ISUP сетей с временным разделением каналов TDM. В свое время данный протокол позволил операторам, не желавшим вкладывать инвестиции в дальнейшее развитие TDM-сетей, предоставлять уже существующие услуги ТфОП/ISDN в пакетных сетях, а также поддерживать взаимодействие имеющихся узлов коммутации TDM узлами пакетной сети и взаимодействие узлов коммутации TDM через пакетную сеть.

Архитектура BICC предусматривает, что вызовы будут входить в сеть и выходить из нее с поддержкой BICC через интерфейсы узлы обслуживания – Interface Serving Nodes (ISN), – предоставляющие сигнальные интерфейсы между узкополосной ISUP (сетью ТфОП/ISDN с коммутацией каналов) и одноранговым узлом ISN (находящимся в пакетной сети). Также определены: транзитный узел обслуживания (Transit Serving Node (TSN)) – этот тип узла обеспечивает транзитные возможности в пределах одной сети. Служит для обеспечения возможности предоставления услуги ТфОП/ISDN внутри своей сети;пограничный узел обслуживания (Gateway Serving Node (GSN)) – этот тип узла обеспечивает выполнение функций межсетевого шлюза для информации вызова и транспортировки, используя BICC-протокол. Обеспечивает соединение двух областей BICC, принадлежащих двум разным операторам, и это соединение состоит из двух узлов GSN, непосредственно связанных друг с другом.

Рис. 4.8.  Протокол BICC

На рис. 4.8 представлены узлы всех рассмотренных типов. Имеются также промежуточные коммутаторы, через которые тракт проключается при помощи сетевой сигнализации. Эти коммутаторы характерны для сетей АТМ и в терминах BICC называются узлами ретрансляции носителя – Bearer Relay Nodes (BRN) или коммутирующими узлами – Switching Nodes (SWN), но не все сетевые технологии требуют их наличия.

Транспортировка информации сигнализации(SIGTRAN)

Транспортировка информации сигнализации по технологии SIGTRAN (рис. 4.9) предназначена для передачи сообщений протокола сигнализации сети с коммутацией каналов через сеть с коммутацией пакетов и должна обеспечивать: передачу сообщений разнообразных протоколов сигнализации, обслуживающих соединения сетей с коммутацией каналов (CSN), например протоколов прикладных и пользовательских подсистем ОКС7 (включая уровень 3 МТР, ISUP, SCCP, TCAP, MAP, INAP и т. д.), а также сообщений уровня 3 протоколов DSS1/PSS1 (т. е. Q.931 и QSIG);  средства идентификации конкретного транспортируемого протокола сигнализации сети с коммутацией каналов;  общий базовый протокол, определяющий форматы заголовков, расширения в целях информационной безопасности и процедуры для транспортировки сигнальной информации, а также (при необходимости) расширения для введения конкретных индивидуальных протоколов сигнализации сети с коммутацией каналов; функциональные возможности (с участием нижележащего сетевого протокола, например IP), соответствующие нижнему уровню конкретной сети с коммутацией каналов.

Рис. 4.9.  Архитектура протоколов SIGTRAN

При транспортировке сигнальной информации через инфраструктуру сети Интернет используемым промежуточным средством считается протокол передачи информации управления потоком (Stream Control Transmission Protocol – SCTP).

Протокол передачи информации управления потоком (SCTP)

Протокол передачи информации управления потоком (SCTP) обеспечивает транспортировку сообщений сигнализации через сеть IP между двумя оконечными пунктами, с избыточностью доставки информации и повышенной степенью надежности. Для этого применяется стандартизованный метод, отличающийся встраиванием в протокол повышенной надежности доставки в реальном времени информации от нескольких источников по нескольким информационным потокам.

Также обеспечивается самоотключение в случае перегрузки соединения Интернет, по которому функционирует этот протокол. Интерфейс между SCTP и его сигнальными приложениями управляется через адаптационные уровни, которые образуют промежуточный уровень таким образом, чтобы сигнальные протоколы высших уровней конкретной архитектуры стека протоколов не меняли свой интерфейс с транспортной средой и внутренние функциональные возможности, когда начинают использовать SCTP вместо другого транспортного протокола. Другой аспект состоит в том, что поддерживаемая архитектура стека протоколов согласована с архитектурой Интернет без нарушения собственных правил.

Пользовательский уровень адаптации ISDN (IUA)

Существует необходимость доставки сообщений сигнальных протоколов сети с коммутацией каналов от сигнального шлюза (SG) ISDN к контроллеру шлюза среды передачи (MGC). Механизм доставки должен поддерживать:транспортировку пограничных примитивов Q.921/Q.931;связь между модулями управления уровнями SG и MGC;управление активными связями между SG и MGC.

Данным уровнем предусматривается поддержка первичного и базового доступов ISDN (PRA и BRA) как для режима "точка-точка", так и для разветвленного режима "точка – несколько точек". Процедуры уровня адаптации QSIG не отличаются от аналогичных процедур Q.931.

Пользовательский уровень адаптации МТР уровня 2 (M2UA – MTP2 –User Adaptation Layer).

Пользовательский уровень адаптации МТР уровня 2 обеспечивает эмуляцию одного звена МТР между двумя узлами ОКС7.

Избыточность звеньев достигается посредством многоточечного подключения собственно в пределах SCTP. В направлении к DPC (Destination Point Code – Код пункта назначения ОКС7) может иметься несколько звеньев. Избыточность приложений поддерживается на пользовательских уровнях адаптации посредством переключения с одного соединения на другое при необходимости.

При необходимости доставки сообщений сигнальных протоколов сети КК от сигнального шлюза (SG) к контроллеру шлюза среды передачи (MGC) или пункту сигнализации IP (IPSP) механизм доставки должен поддерживать:интерфейс на границе МТР уровня 2 и МТР уровня 3;связь между модулями управления уровнями SG и MGC;управление активными связями между SG и MGC.

Рис. 4.10.  Функции M2UA в Softswitch

Другими словами, SG будет иметь возможность транспортировать сообщения МТР уровня 3 к MGC или IPSP. В случае доставки от SG к IPSP, SG и IPSP функционируют как традиционные узлы ОКС7, используя сеть IP в качестве нового типа звена ОКС7. Этим обеспечивается полномасштабная обработка сообщений МТР уровня 3 и соответствующие возможности управления сетью (рис. 4.10).

Пользовательский уровень адаптации М2РА

Пользовательский уровень адаптации М2РА (MTP2 Peer-to-Peer Adaptation Layer) также обеспечивает адаптацию SCTP к МТР3, но уже в другой области. Аналогично случаю с M2UA, уровень МТР3 в узле сети IP (Softswitch, в частности) обменивается информацией с М2РА, как если бы он был обычным МТР2. Различия между М2UA и М2РА определяются их ролями в сетевой архитектуре: если Softswitch соединяется с сетью ОКС7 просто на правах терминала сигнализации ОКС7, то достаточно применения М2UA. Шлюз SG, который использует М2РА, сам фактически является транзитным пунктом сигнализации STP на базе IP, у него есть собственный код пункта сигнализации (DCP), он может также выполнять функции сигнализации верхнего уровня, такие как функции SCCP.

 

Пользовательский уровень адаптации МТР уровня 3 (M3UA)

Обеспечивает интерфейс между SCTP и теми протоколами ОКС7, которые используют услуги МТР3, например ISUP и SCCP. Благодаря M3UA эти протоколы не ощущают, что вместо типичной транспортировки МТР3 применяется транспортировка SCTP поверх IP. Однако M3UA – просто адаптационный уровень между протоколами верхнего уровня и SCTP, он не является полной копией МТР3 в IP-сети и не реализует некоторые стандартные управляющие сообщения сетевой сигнализации МТР3 (рис. 4.11).

Рис. 4.11.  Протокол M3UA

Для выхода на нужный сервер приложений (Application Server – AS) в SG должна осуществляться строгая процедура присвоения.

Уровень M3UA должен обслуживать несколько соединений SCTP (или по крайней мере одно). Выбор соединения SCTP может производиться по одной или нескольким частям полей DPC (код пункта назначения ОКС7).

Пользовательский уровень адаптации SCCP (SUA)

Пользовательский уровень адаптации SCCP (SUA)

Средствами сети IP возможна доставка сообщений подсистем пользователей SCCP. Архитектура такой доставки может представлять собой связь от SG OKC7 к сигнальному узлу IP (например резидентной базе данных IP) или связь между двумя оконечными точками, расположенными в пределах сети IP. (рис. 4.12). Механизм доставки должен поддерживать:передачу сообщений пользователей SCCP; услугу SCCP, не ориентированную на соединение; услугу SCCP. ориентированную на соединение;взаимодействие равноуровневых объектов пользователей SCCP в полном объеме; управление транспортными связями SCTP между SG и одним или несколькими сигнальными узлами IP; функционирование сигнальных узлов IP с распределенной структурой;

Рис. 4.12.  Протокол SUA

 в целях управления – выдачу отчетов об изменении состояний конфигурации в асинхронном режиме.

SCTP для MEGACO

Направленные на достижение высокой пропускной способности и доступности, реализации протокола MEGACO могут особенно эффективно использоваться в сочетании с теми возможностями образования информационных потоков, избыточности сетевой поддержки, исключения перегрузок и обеспечения высоких характеристик информационной безопасности, которые предоставляются протоколом SCTP.

Реализациями MEGACO могут применяться следующие предоставляемые SCTP возможности: транспортировка, основанная на передаче дейтаграмм; надежность доставки информации: как транспортный протокол повышенной надежности, SCTP обеспечивает механизмы восстановления пакетов информации при ее потере или дублировании. Указанное свойство позволяет упростить разработку уровня приложений;надежность доставки сообщений при обеспечении очередности и без таковой: при необходимости ускоренного обслуживания приложения для каждого сообщения может устанавливаться высший по сравнению с не нуждающимися в обеспечении очередности приоритет транзакций:передача потоков информации: SCTP в состоянии обеспечить до 65536 однонаправленных потоков в каждом направлении связи MGC-MG. SCTP передает сообщения и обрабатывает принимаемые сообщения одного потока независимо от порядка или статуса сообщений других потоков. Приложение имеет возможность эффективно избегать возникновения блокировок линии посредством передачи информации независимых друг от друга транзакций по разным потокам;защита против столкновений сообщений: встроенный в SCTP механизм шифрования обеспечивает защиту на узле MGC или MG; управление сетевыми перегрузками: средствами SCTP для обнаружения и обработки случаев перегрузки сети обеспечены эффективные средства; управление резервным маршрутом: для крупного MG на сетевом уровне может требоваться наличие с MGC связи, имеющей повышенную устойчивость к отказам.

В целях предоставления резервных маршрутов SCTP поддерживает функционирование нескольких находящихся в разных местах (multi-homed) узлов IP.

SCTP обеспечивает проверку доступности, функции ускоренного переключения в аварийных ситуациях (switch-over/fail-over) и (потенциально) балансирование нагрузки между резервными маршрутами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1.                Назначение протоколов передачи данных в конвергентных сетях следующих поколений.

2.                Назначение протокола RTP,  формат сообщений.

3.                Назначение протокола H.323 и их схемы.

4.                Назначение протокола SIP, его архитектура и основные элементы.

5.                Назначение протоколов  MGCP, MEGACO/H.248, их реализация в сети.

6.                Сравнительный анализ протоколов RTP, H.323, SIP, MGCP, MEGACO/H.248  с точки зрения использования в конвергентных сетях следующего поколения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 5

 

Технологии конвергентных сетей следующего поколения

 

План лекции

 

5.1.        Технологии конвергентных сетей следующего поколения: проводные широкополосные технологии уровня абонентского доступа (семейства xDSL- ADSL2, ADSL2+,VDSL2, GSHDSL), Ethernet, PLC, PON; беспроводные технологии уровня абонентского доступа Wi-Fi, WiMAX.

5.2.        Технологии транспортного уровня – ATM, Frame relay, MPLS, IMS, AMS.

 

5.1.        Технологии конвергентных сетей следующего поколения: проводные широкополосные технологии уровня абонентского доступа (семейства xDSL- ADSL2, ADSL2+,VDSL2, GSHDSL), Ethernet, PLC, PON; беспроводные технологии уровня абонентского доступа Wi-Fi, WiMAX

 Существует несколько моделей инфокоммуникационной системы. Модель, показанная на рис.5.1, предложена международным союзом электросвязи МСЭ (ITU). Она позволяет четко определить место сети доступа в инфокоммуникационной системе.

Рис.5.1. Модель инфокоммуникационной системы, предложенная МСЭ

Примером оборудования в помещении абонента может быть как обычный телефонный аппарат (квартирный сектор), так и сложный комплекс аппаратно-программных средств – учрежденческая АТС (УАТС), локальная сеть Ethernet и прочее оборудование (производственный сектор). В первом случае функции элемента "Сеть доступа" может выполнять абонентская линия, представляющая собой двухпроводную физическую цепь. Во втором случае в состав сети доступа (для существующей системы электросвязи) должны входить: цифровой тракт E1 (или несколько таких трактов) для подключения УАТС в местную телефонную сеть; цифровой тракт, поддерживающий стек протоколов TCP/IP, для включения локальной сети в Internet;  арендуемые линии, если они необходимы для включения того оборудования, которое не использует сеть телефонной связи или Internet.

Основное назначение сети доступа – обеспечение надежной и качественной связи между всеми видами оборудования, установленного в помещении потенциальных клиентов Оператора, и соответствующими транзитными сетями. Эволюция трех элементов инфокоммуникационной системы – "Оборудование в помещении клиента", "Транзитная сеть" и "Средства поддержки услуг" – привели к необходимости качественной модернизации сети доступа. Этот процесс требует серьезного анализа. Очевидно, что набольшие проблемы связаны с модернизацией сетей доступа. В первую очередь, это объясняется объективными свойствами эксплуатируемых абонентских сетей – высокая стоимость, низкие показатели надежности и качества передачи информации, сложность поддержки услуг, подразумевающих существенное увеличение скорости передачи сигналов. С другой стороны, серьезная модернизация сети доступа необходима.

Первый вариант предусматривает минимальную модернизацию сетей доступа. Все абонентские линии АЛ организованы за счет положенных ранее многопарных кабелей с медными жилами. При необходимости некоторые кабели на магистральных или распределительных участках заменяются аналогичными средствами. Если в сети доступа устанавливаются концентраторы, то отобранные по известной методике пары уплотняются цифровыми системами передачи. Очевидно, что начальные затраты на модернизацию сети  не будут существенными. Период окупаемости также будет небольшим. Правда, в перспективе доходы Оператора, скорее всего, перестанут расти, так как он не сможет конкурировать на рынке новых инфокоммуникационных услуг.

Отличительная черта второго варианта – построение широкополосной сети, по крайней мере, на магистральном участке. Это решение более всего похоже на ту стратегию, которая в англоязычной технической литературе известна по аббревиатуре FTTC (оптическое волокно до распределительного шкафа). Такое решение требует значительных начальных инвестиций. Период окупаемости также возрастет по сравнению с аналогичной величиной для первого варианта. С другой стороны, Оператор будет конкурентоспособным на рынке тех новых услуг, поддержка которых основана на использовании широкополосных каналов.

Третий вариант связан с радикальной модернизацией сети доступа. Характерным примером подобного решения можно считать замену всех многопарных кабелей. Такая стратегия модернизации сети доступа известна по аббревиатуре FTTB (оптическое волокно до здания – производственного помещения или жилого дома). Значения начальных инвестиций и периода окупаемости будут самыми большими. Достоинство третьего варианта заключается в максимальном уровне потенциальной конкурентоспособности.

Последняя миля (от англ. last mile) в отрасли связи — канал, соединяющий конечное (клиентское) оборудование с узлом доступа провайдера (оператора связи). Например, при предоставлении услуги подключения к сети Интернет последняя миля — участок от порта коммутатора провайдера на его узле связи до порта маршрутизатора клиента в его офисе. Для услуг коммутируемого (dial-up, диалапного) подключения последняя миля — это участок между модемом пользователя и модемом (модемным пулом) провайдера. В последнюю милю обычно не включается разводка проводов внутри здания.

К технологиям последней мили обычно относят xDSL, Wi-Fi, WiMax. К оборудованию последней мили можно отнести xDSL-модемы, мультиплексоры доступа, оптоволоконные модемы и преобразователи, радиомультиплексоры.

хDSL — семейство технологий, позволяющих значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line- цифровая абонентская линия). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL, различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

         Службы xDSL разрабатывались для решения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуре абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т.д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение.

         К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Существующие технологии xDSL разработаны для достижения определенных целей и удовлетворения определенных нужд рынка. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

 

 

 

Таблица 5.1

Сравнительный анализ технологий xDSL

Технология DSL	Максимальная скорость (прием/передача)	Максимальное расстояние	Количество телефонных пар	Основное применение
ADSL	24 Мбит/с / 3,5 Мбит/с	5,5 км	1	Доступ в Интернет, голос, видео, HDTV (ADSL2+)
IDSL	144 кбит/с	5,5 км	1	Передача данных
HDSL	2 Мбит/с	4,5 км	2	Объединение сетей, услуги E1
SDSL	2 Мбит/с	3 км	1	Объединение сетей, услуги E1
VDSL	55 Мбит/с / 11 Мбит/с	1,3 км	1	Объединение сетей, HDTV
SHDSL	2,32 Мбит/с	7,5 км	1	Объединение сетей
UADSL	1,5 Мбит/с / 384 кбит/с		1	Доступ в Интернет, голос, видео

        ADSL (АДСЛ; англ. Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) — модемная технология, предназначенная для решения проблемы последней мили. Преобразует стандартные абонентские телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа. Основное преимущество данной технологии в том, что нет необходимости прокладывать кабель до абонента. Используются уже проложенные телефонные кабели, на которые устанавливаются сплиттеры для разделения сигнала на "телефонный" и "модемный". Для приёма и передачи данных используются разные каналы: приёмный обладает существенно большей пропускной способностью.

        Технология ADSL используется при построении гибридных сетей, которые включают в себя и цифровые, и аналоговые линии передачи информации, что означает возможность передачи аналоговых сигналов обычной телефонной связи по той же паре проводов, которая используется для передачи потока данных.

       Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных в направлении от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием «постоянно установленного соединения» (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, а также для доступа к локальным сетям (ЛВС) и т. п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объём информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость «входящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 24 Мбит/с и скорость «исходящего» потока данных до 3,5 Мбит/с. ADSL позволяет передавать данные со скоростью 1,54 Мбит/с на расстояние до 5,5 км по одной витой паре проводов. Скорость передачи порядка 6-8 Мбит/с может быть достигнута при передаче данных на расстояние не более 3,5 км по проводам сечением 0,5 мм2. Реальная скорость передачи зависит от конкретного оконечного оборудования и часто бывает ниже заявленной. Также скорость зависит от длины витой пары и её омического и волнового сопротивления.

Услуга ADSL  организуется с помощью модема ADSL и стойки модемов ADSL, называемой DSL Access Module (DSLAM). Практически все DSLAM оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет использовать на узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Ряд производителей начали снабжать DSLAM интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей. Также ряд производителей создают пользовательские модемы, которые представляют собой ADSL модем, но для программного обеспечения являются адаптерами ATM.

На участке между ADSL модемом и DSLAM функционируют три потока: высокоскоростной поток к абоненту, двунаправленный служебный и речевой

Рис.5.2. Структурная схема технологии ADSL

канал в стандартном диапазоне частот канала ТЧ (0,3-3,4 Кгц). Частотные разделители (POTS Splitter) выделяют телефонный поток, и направляют его к обычному телефонному аппарату. Такая схема позволяет разговаривать по телефону одновременно с передачей информации и пользоваться телефонной связью в случае неисправности оборудования ADSL. Конструктивно телефонный разделитель представляет собой частотный фильтр, который может быть как интегрирован в модем ADSL, так и быть самостоятельным устройством. В Приложении 1 приведена схема ADSL сплиттера фирмы Siemens и его частотная характеристика на его выходных портах (LINE-POTS,  LINE-NT).

Передача к абоненту осуществляется на скоростях от 1,5 до 6,1Мбит/с, скорость служебного канала составляет от 15 до 640кбит/с. Каждый канал может быть разделен на несколько логических низкоскоростных каналов.

Скорости, предоставляемые модемами ADSL кратны скоростям цифровых каналов T1, E1. В минимальной конфигурации передача ведется на скорости 1,5 или 2,0 Мбит/с. В принципе, сегодня существуют устройства, передающие данные со скоростью до 8 Мбит/с, однако в стандартах такая скорость неопределена. Скорость модемов ADSL в зависимости от числа каналов приведена в таблице 5.2.

 

 

Таблица 5.2

Зависимость скорости модемов ADSL от числа каналов

Базовая скорость	Количество каналов	Скорость
1,536 Мбит/с	1	1,536 Мбит/с
1,536 Мбит/с	2	3,072 Мбит/с
1,536 Мбит/с	3	4,608 Мбит/с
1,536 Мбит/с	4	6,144 Мбит/с
2,048 Мбит/с	1	2,048 Мбит/с
2,048 Мбит/с	2	4,096 Мбит/с
2,048 Мбит/с	3	6,144 Мбит/с

.

Рис.5.3 Схема организации выделенного канала по технологии ADSL

       HDSL (High Data Rate Digital Subscriber Line) - Высокоскоростная цифровая абонентская линия.  Это первая технология высокоскоростной передачи данных по скрученным медным парам телефонных кабелей, использующая высокие частоты. Была разработанна в США в конце 80-х годов как более высокоскоростная, синхронная технология для организации каналов передачи не только данных, но и голосовых каналов, используя T1/E1. HDSL может оперировать как скоростью T1 ( 1.544 Мбит/с ) или E1 ( 2 Мбит/с ). Более низкие скорости обслуживаются использованием 64 Кбит/с каналов, внутри T1/E1 пакета. Это обычно называется потоком T1/E1, и используется для предоставления низкоскоростных каналов пользователям. В таких случаях, скорость канала будет полной ( T1/E1 ), но абонент получит только ограниченную скорость 64 Кбит/с ( или несколько по 64 Кбит/с ) со своей стороны. Из-за необходимости обеспечения симметричной передачи данных максимальная скорость передачи поддерживается только на расстоянии не более 4,5 километров при использовании одной или двух скрученных пар кабеля. Возможна передача на большие расстояния, при условии использования регенераторов.

      SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) — симметричная цифровая абонентская линия, является вариантом HDSL, в котором используется только одна пара кабеля. SDSL обеспечивает одинаковую скорость передачи данных как в сторону пользователя, так и от него. Известны две модификации этого оборудования: MSDSL (многоскоростная SDSL) и HDSL2, имеющие встроенный механизм адаптации скорости передачи к параметрам физической линии.

      RADSL (англ. Rate Adaptive Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости) — модификация технологии ADSL. Устройства, реализующие эту технологию, способны адаптировать скорость передачи в зависимости от текущего состояния линии передачи связи.

       SHDSL (Single-pair High-speed Digital Subscriber Line, ITU G.991.2) – одна из DSL технологий, описывающая метод передачи сигнала по паре медных проводников. Используется преимущественно для решения проблемы «последней мили», т.е.соединения абонентов с узлом доступа провайдера.  Технология обеспечивает симметричную дуплексную передачу данных со скоростями от 192 Kбит/с до 2,3 Мбит/с (с шагом в 8 Кбит/с) по одной паре проводов, и 384 - 4,6 Мбит/с по двум парам.

       UADSL - Universal ADSL - универсальный ADSL.

Является упрощенным аналогом технологии ADSL и ориентирована на абонентов квартирного сектора. Оборудование этой технологии дешевле и проще в установке. Максимальные скорости обмена данными составляют:

- 1,5 Мбит/с в направлении к абоненту и 384 кбит/с - в обратном направлении при длине абонентской линии до 3,5 км;

- 640 кбит/с по направлению к абоненту и 196 кбит/с - в противоположном направлении при длине абонентской линии до 5,5 км.

     VDSL (англ. Very-high data rate Digital Subscriber Line, сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — аналог технологии ADSL, отличается тем, что может работать как в асимметричном, так и в симметричном режиме. По сравнению с ADSL VDSL имеет значительно более высокую скорость передачи данных: от 13 до 52 Мбит/с в направлении от сети к пользователю (Downstream) и до 11 Мбит/с от пользователя к сети (Upstream) при работе в асимметричном режиме; максимальная пропускная способность линии VDSL при работе в симметричном режиме составляет примерно 26 Мбит/с в каждом направлении передачи. В зависимости от требуемой пропускной способности и типа кабеля длина линии VDSL лежит в пределах от 300 метров до 1,3 км.

Предоставление пользователю столь высоких пропускных способностей возможно только в смешанной медно-оптической сети доступа, к которой традиционная сеть доступа на металлических кабелях будет мигрировать по мере появления новых приложений и связанного с этим увеличения числа пользователей, нуждающихся в столь высоких пропускных способностях технологии VDSL.

      Ethernét (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring. Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

       Метод управления доступом — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.

       В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптоволокну и еще через два года для передачи по витой паре.

Формат кадра

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

• Первоначальный Version I (больше не применяется).
• Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом интернет.

Рис.5.4. Структура фрейма Ethernet-II

Наиболее распространенный формат фрейма Ethernet II

• Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
• Кадр IEEE 802.2 LLC.
• Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.

В качестве дополнения Ethernet-кадр кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.       

        Разновидности Ethernet. В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах. В этом разделе дано краткое описание всех официально существующих разновидностей. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями — например, для увеличения расстояния между точками сети используется оптоволоконный кабель. Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.  Ранние модификации Ethernet: Xerox Ethernet — оригинальная технология, скорость 3Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.  10BROAD36 — широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.  1BASE5 — также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

10 Мбит/с Ethernet:  10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») — первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.  10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.  StarLAN 10 — Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем эволюционировал в стандарт 10BASE-T.  10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.  FOIRL — (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.  10BASE-F, IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения семейства 10 Mбит/с ethernet-стандартов, использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.  10BASE-FL (Fiber Link) — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.  10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.  10BASE-FP (Fiber Passive)- Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители — никогда не применялся.

      Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с):  100BASE-T — общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.  100BASE-TX, IEEE 802.3u — развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии "звезда". Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две пары проводников. 100BASE-T4 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.  100BASE-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с. Практически не используется.  100BASE-FX — стандарт, использующий многомодовое оптоволокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе.  100BASE-LX — стандарт, использующий одномодовое оптоволокно. Максимальная длина сегмента 15 километров в полном дуплексе на длине волны 1310 нм.  100BASE-LX WDM — стандарт, использующий одномодовое оптоволокно. Максимальная длина сегмента 15 километров в полнодуплексном режиме на длине волны 1310 нм и 1550 нм. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы, с одной стороны передатчик на 1310 нм а с другой на 1550 нм.

        Гигабит Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с):  1000BASE-T, IEEE 802.3ab — стандарт, использующий витую пару категорий 5e или 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.  1000BASE-TX был создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности (англ. Telecommunications Industry Association, TIA) и опубликован в марте 2001 года как «Спецификация физического уровня дуплексного Ethernet 1000 Мб/с (1000BASE-TX) симметричных кабельных систем категории 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)» (англ. «A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbis/s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI/TIA/EIA-854-2001)»). Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (2 пары на передачу, 2 пары на приём, по каждой паре данные передаются со скоростью 500 Мбит/с), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.  1000BASE-X — общий термин для обозначения стандартов со сменными приёмопередатчиками GBIC или SFP.  1000BASE-SX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий многомодовое оптоволокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.  1000BASE-LX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий многомодовое оптоволокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров, при использовании одномодового оптоволокна — до 40 километров.  1000BASE-CX — стандарт для коротких расстояний (до 25 метров), использующий экранированную витую пару (STP) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T и сейчас не используется.  1000BASE-LH (Long Haul) — стандарт, использующий одномодовое оптоволокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

     10 Гигабит Ethernet: Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.  Стандарт 10 Гигабит Ethernet ещё слишком молод, поэтому потребуется время, чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред будут реально востребованы на рынке.

Сценарии развертывания FTTx можно перечислить, комбинируя три параметра архитектуры FTTx: положение точки "х", технология доставки данных в оптической сети агрегации/распределения до точки "х" и технология доступа после точки "х".

Соответственно до точки "х" используется активный Ethernet или какая-либо из разновидностей PON; после точки "x", как правило, xDSL, Ethernet или DOCSIS по меди, иногда беспроводной доступ (Wi-Fi). На оптическом участке также возможно применение технологий спектрального уплотнения (в частности, CWDM) для увеличения пропускной способности и/или уменьшения количества волокон.

Сама точка "х" расположена либо у абонента, либо между абонентом и помещением узла связи оператора (подъезд дома, уличный шкаф и др.) (рис.5.4).

Использование этой архитектуры операторами фиксированного доступа обеспечивает им расширенные возможности по предоставлению услуг и повышению конкурентоспособности.

Использование оптического волокна - наиболее перспективная технология из ныне существующих, она позволяет модернизировать сеть так, чтобы можно было менять лишь оконечное передающее оборудование. Запас внутренних возможностей оптического волокна по пропускной способности еще не скоро достигнет своего предела, в отличие от передачи по медной паре и других технологий.  На сегодняшний день тенденции развития существующих сетей свидетельствует о наличии у операторов связи трех основных задач:  предложение широкополосного доступа в новых зонах обслуживания;  модернизация существующих сетей широкополосного доступа с целью повышения скорости передачи и предложения новых услуг, таких как IP-ТВ, VoD, HD и других аудиовизуальных приложений;  защита от ухудшения качества услуг широкополосного доступа по мере роста плотности проникновения DSL вследствие взаимного электромагнитного влияния цепей в медном кабеле.

Рис.5.5. Варианты построения сетей FTTx

Таблица 5.3

Сравнение характеристик оптических архитектур доступа

	FTTC /VDSL2	FTTB /VDSL2	FTTB /ETTH	FTTH /P2P	FTTH /GPON
Инвестиции (CAPEX)	~ 200 евро	~300 евро	150 евро	500 — 2000 евро	500 — 2000евро
Эксплуатационные расходы (OPEX)	Средние	Средние	Высокие	Низкие	Низкие
Время реализации	Быстро	Среднее	Среднее	Медленно	Медленно
Скорость передачи	↓30— 60 Мбит/с ↑4—30 Мбит/с	↓50—100 Мбит/с ↑30—100 Мбит/с	↓100 Мбит/с ↑100 Мбит/с	↓↑100Мбит/с или 1Гбит/с	↓↑ ~ 50 — 150 Мбит/с
Предпочтительная зона обслуживания	город/ пригород/ село	город	город (много- этажная застройка)	город/ пригород	город (много- этажная застройка)
Дистанционное питание ТА	да	нет	да/нет	нет	нет
Риски развертывания (применительно к CAPEX)	Низкие	Средние/ высокие	Высокие	Средние/ высокие	Средние/ высокие

       Главные преимущества FTTC:  снижение требуемого объема инвестиций;  отсутствие работ по внутридомовой и внутриквартирной проводке;  быстрое развертывание услуг с широкой полосой пропускания;  поддержка дистанционного питания ТА.

Архитектура FTTC позволяет быстро модернизировать существующую инфраструктуру и, не “вторгаясь” в жилище, обеспечивать удовлетворение запросов самых требовательных пользователей.

Общеизвестен факт, что последние 100 м кабеля требуют наибольших усилий и времени на прокладку. В большинстве случаев затраты на этот отрезок линии связи составляют до 50 % общей стоимости распределительной сети. 

В связи с этим, для многих действующих операторов развертывание решения FTTC на начальном этапе строительства полномасштабной оптической сети позволит быстро и с наименьшими затратами внедрить широкополосные услуги,  в частности широкополосный интернет, для достаточно большой группы пользователей. Далее развитие сети по технологиям FTTB, FTTH позволят полностью модернизировать медную часть сети доступа.

Архитектура FTTC в первую очередь предназначена для операторов, уже использующих технологии xDSL или PON.Комбинирование технологий доступа  по  оптоволоконным  и  медным  линиям применяется совместно,  когда  необходимо  обеспечить  высокую  пропускную  способность  и  оптимальный  по стоимости доступ для домашних или корпоративных пользователей. Гибридный комбинированный доступ – "оптоволокно  до  распределительного  шкафа"  и хDSL – является  превосходным вариантом для предоставления услуг с использованием существующих медных линий от ближнего уличного шкафа.

Архитектура FTTB

Дизайн сети FTTB имеет трехуровневую логическую структуру. Выделенные логические уровни несут в себе следующую функциональную нагрузку:

·  Уровень Доступа (AccessLayer) осуществляет физическую концентрацию абонентских линий, организует разделение абонентов на уровне Ethernet с использованием виртуальных сетей, обеспечивает ограничение скорости передачи данных на входе в сеть и осуществляет базовые функции безопасности. Предоставляет высокоскоростной доступ абонентов к уровню распределения. Совокупность узлов уровня доступа объединенных в единую физическую структуру и предоставляющих доступ к общему узлу Уровня Распределения будем называть Доменом Доступа (AccessDomain); Уровень Распределения (Aggregation или DistributionLayer) терминирует виртуальные сети Уровня Доступа с использованием протокола IP, предоставляет доступ к локальным ресурсам и позволяет вести обмен трафиком между различными узлами Уровня Распределения. Домен Распределения предоставляет доступ к оборудованию предоставления сервисов. Осуществляет расширенные функции обеспечения безопасности и управления качеством обслуживания на сети. Предоставляет высокоскоростной доступ к узлам Уровня Ядра сети. Совокупность узлов Уровня Распределения объединенных в единую физическую структуру будем называть Доменом Распределения (AggregationDomain);  Уровень Ядра или уровень магистрали (Backbone или CoreLayer) уровень сети служит высокоскоростной и надежной магистралью объединяющей Домены Распределения. Основной функцией данного уровня является передача пользовательского трафика с наибольшей скоростью и наименьшей задержкой.

         Оборудование уровня доступа устанавливается в жилых домах, подключаемых к сети, и объединяется в кольца волоконно-оптическим кабелем (ВОК). Кольца уровня доступа замыкаются на оборудовании уровня распределения. Оборудование узлов распределения может располагаться на существующих узлах телекоммуникационной сети фиксированной или мобильной связи, а так же на площадках, специально арендуемых для их размещения. Узлы Распределения, в свою очередь, также объединяются в кольцевые структуры с помощью ВОК. При необходимости в больших инсталляциях выделяется уровень ядра сети, который является высокоскоростной магистралью объединяющей несколько доменов распределения. Общая схема структуры сети FTTB приведена на рисунке 5.6.

Рис. 5.6. Общая схема структуры сети FTTB

         Существует два часто применяемых типа организации FTTВ сетей: на базе технологии Ethernet и на базе технологии PON. Рассмотрим тип организации FTTВ сети на базе технологии PON.

FTTH (Fiber-to-the-home) - оптоволокно до дома,- это технология, основанная на использовании оптоволоконного кабеля для подключений "последней мили", что обеспечивает возможность предоставления абонентам широкополосного доступа на скоростях в десятки или даже сотни раз более высоких, чем предлагаемые иными технологиями, например, при подключении медным кабелем.

Преимущества сети FTTH

1.         Высокая полоса пропускания. 2. Конфиденциальность. 3. Повышенная надежность. 4. Уменьшение числа активных элементов. 5. Проводная телефония.   6. Многочисленность ответвлений.

Архитектура FTTH реализуется, как пра­вило, в двух конфигурациях оптоволоконных под­ключений: пассивные оптические сети (PON) и тра­диционная технология активных оптических сетей Ethernet «точка—точка». Каждый из терминалов оптической сети (ONT) в помещении абонента под­ключается отдельной жилой к порту коммутатора в  точке присутствия или к оптическому сплиттеру, от которого к точке присутствия прокладывается общая оптоволоконная линия. В случае подключения по схеме «точка—точка» применяются стандарты пере­дачи 100BASE-BX10 или 1000BASE-BX10.

PON (Passive Optical Networks, пассивные оптические сети, или оптические сети с пассивным распределением) и является на данный момент наиболее современной технологией. Цифровой поток 2,4 Гбит/с может динамически делиться между 32-128 абонентами (домами) и обеспечивать передачу данных Интернета и телефонии. Кроме того, на отдельной длине волны в том же волокне передается оптический сигнал КТВ.   Ethernet, стандарты GigabitEthernet и 10Gigabit Ethernet сети передачи с коммутацией пакетов позволяют организовать высокоскоростные оптические магистрали на скорости 1, 10 гбит/сек. И подключить клиента по собственному оптическому волокну для предоставления услуг.

          В решении Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается использование коммутаторов с оптическими портами или оптическими трансиверами. Коммутаторы объединяются либо в «кольцо» Ethernet (GE или 10GE), либо по топологии «звезда» и располагаются на цокольном или чердачном этаже (в зависимости от способа заведения магистрального волокна в дом). К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических каналов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфраструктурой.

           Преимущества архитектуры Ethernet FTTH (P2P) перед пассивной оптической сетью: 1) Практически неограниченная дискретная полоса пропускания. Прямая оптоволоконная линия может обеспечить практически неограниченную полосу пропускания, что позволяет достичь максимальной гибкости при развертывании сервиса в будущем, когда потребность в пропускной способности возрастет. Архитектура Ethernet FTTH позволяет провайдеру гарантировать каждому абоненту необходимую пропускную способность и создавать в сети профили полосы пропускания для каждого клиента индивидуально. Каждый частный или корпоративный пользователь может в любой момент получить симметричную полосу пропускания любой необходимой ему ширины. 2) Большой радиус действия. В типовых конфигурациях сетей доступа Ethernet FTTH применяются недорогие одноволоконные линии, использующие технологию 100BX или 1000BX, с заданным максимальным радиусом действия 10 км. Для работы на больших расстояниях имеются оптические модули, позволяющие увеличить мощность оптического сигнала, а также оптоволоконные пары с оптическими модулями, которые можно подключить к порту любого Ethernet- оборудования. В малонаселенных районах могут использоваться различные типы подключения Ethernet FTTH, которые не влияют на других абонентов на том же коммутаторе Ethernet. 3) Гибкий рост.

          Использовать порты на коммутаторе доступа Ethernet FTTH могут только те абоненты, которые оформили подписку у сервис-провайдера. В случае появления новых абонентов можно добавить дополнительные линейные карты Ethernet с высокой степенью модульности. Напротив, при использовании архитектуры на базе PON подключение первого абонента к оптическому дереву требует наличия наиболее дорогостоящего порта OLT, а при добавлении абонентов к тому же дереву PON стоимость подключения каждого абонента только увеличивается за счет приобретения ONT. 4) Миграция полосы пропускания. Поскольку одномодовые оптоволоконные линии не зависят от используемой технологии и скорости передачи данных, можно легко увеличить скорость для одного абонента, не влияя на работу других. Это означает, например, что абонент, использующий в настоящее время технологию FastEthernet, может в следующем году перейти на GigabitEthernet за счет простого переключения оптоволоконной линии абонента на другой порт коммутатора и замены только Ethernet-устройства в помещении абонента. Это изменение никак не повлияет на работу остальных абонентов сетей доступа Ethernet FTTH. 5) Отделение абонентских линий. Отделение абонентских линий — это свойство, присущее архитектурам Ethernet FTTH. Оно трудно реализуется в архитектуре пассивной оптической сети из-за общего характера передающей среды в дереве PON. Реализация принципа отделения абонентских линий явилась главным критерием выбора технологии FTTH некоторыми новыми компаниями в Европе, поскольку они стремились построить сети, где доступ к инфраструктуре оптоволоконной сети доступа могли бы иметь несколько провайдеров. 6) Безопасность. На сегодняшний день выделенная оптоволоконная линия является самой защищенной средой (на физическом уровне), особенно в сравнении с общими передающими средами. Кроме того, коммутаторы Ethernet, использующиеся в средах провайдеров, призваны обеспечить разделение физического уровня портов и логического уровня абонентов и имеют множество надежных функций защиты, которые в состоянии предотвратить практически все попытки вторжений. 7) Затраты на эксплуатацию. Затраты на эксплуатацию сетей Ethernet FTTH в топологии «точка-точка» ниже, чем сетей с архитектурой PON FTTH.

        К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропускания и недостаточные возможности масштабирования. На территории абонента (в квартире или коттедже) используются устройства CPE (CustomerPremiseEquipment).

Технология  GPON

GPON (Gigabit-capablePassiveOpticalNetwork) – Гигабитная пассивная оптическая сеть доступа, это одна из технологий PON (пассивных оптических сетей доступа), основана на стандартах серии ITU-T G.984. В такой сети выделяют три основных элемента:

1.OLT (Optical Line Terminal - оптический линейный терминал) – это станционное оборудование, которое размещается, как правило на узле оператора.

2.ODN (Optical Distribution Network) – оптическая распределительная сеть, ключевыми элементами которой, являются пассивные оптические сплиттеры, на которых происходит разделение сигнала (благодаря этим элементам сеть и называется пассивной).

3.ONT (Optical Network Terminal) или ONU (Optical Network Unit) – эти устройства устанавливаются со стороны абонента. С точки зрения стандарта отличие ONT от ONU следующие: под ONT понимают устройство, которое непосредственно устанавливается у абонента ( например ONT с 4 портами FastEthernet и 2 FXS), ONU же устройство, которое может быть установлено в стойке или шкафу, как правило имеет много портов и к нему подключаются не один а несколько абонентов ( например устройства с 24 портами FastEthernet, 24 портами FXS). Но все это, в настоящее время, достаточно условно и употребляется больше термин ONT.

Технология работает на двух дискретных частотах 1490 нм в направлении от OLT к ONT и 1310 от ONT к OLT, скорости для потоков следующие: 2,5 Гбит/c Downstream, 1,25 Гбит/c Upstream.

Отличительные качества GPON для абонентов:  новый стандарт скоростей доступа в Интернет — от 10 Мбит/сек. до 1 Гб/сек.;  высокое качество соединения без обрывов и помех.

Технология GPON предусматривает прокладку оптоволоконного кабеля непосредственно в квартиру, тем самым гарантируя постоянную скорость доступа в Интернет. Абоненту предоставляется весь ресурс оптического кабеля, который заводится непосредственно в его квартиру, в отличие от операторов домовых сетей, где канал выделяется на дом и, соответственно, делится в равной степени между подключенными пользователями. Такой способ подключения гарантирует качественные услуги, стабильные высокие скорости.

Для подключения к технологии GPON абоненту бесплатно устанавливается модем — ONT (Optical Network Terminal), благодаря которому подключение всех услуг происходит удаленно и в одном устройстве, а также он имеет встроенный Wi-Fi, по сети которого можно работать без проводов с любого устройства в Интернете. Преимущества технологии GPON: Оптика проводится в квартиру абонента, соответственно получается большая пропускная способность канала и, как следствие, возможность подключения нескольких услуг с одного абонентского устройства (телевидение, телефон, Интернет); Нет промежуточного активного оборудования на участке от АТС до абонента (в отличии от технологии ETTH, где на чердаке жилого дома или в подъезде стоят свитчи). Поэтому, если выключится электричество, хоть во всем городе, и у вас будет альтернативный источник питания для оптического терминала и компьютера (как вариант — заряженный ноутбук или планшет) — сможете пользоваться Интернетом без, каких-либо, проблем;  Т.к. никакого электрического напряжения в оптике нет, то и воздействие влаги для волокна не страшно (конечно, в пределах разумного).

Недостатки  технологии GPON:  Волокно очень чувствительно к изгибам, поэтому не рекомендуется протягивать его по квартире и укладывать в плинтуса. Даже если волокно не сломается при большом загибе, уровень сигнала сильно ухудшится, что приведет к снижению качества работы предоставляемых услуг.

         Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — стандарт на оборудование Wireless LAN. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi» — торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию назвали Wireless-Fidelity (дословно «беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi.  Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определенных условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. При этом, при смене точек доступа происходит кратковременный разрыв связи, за исключением использования оборудования Cisco. Мобильные устройства (КПК, смартфоны и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хотспоты.  Wi-Fi был создан в 1991 NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Вик Хейз (Vic Hayes) — создатель Wi-Fi — был назван «отцом Wi-Fi» и находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802.11b, 802.11a и 802.11g. В 2003 Вик ушёл из Agere Systems. Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то, что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце 2004 года.

Принцип работы

        Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0.1 Mбит/с каждые 100 мс. Так что 0.1 Mбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения и роуминга. Более подробно с принципом работы можно познакомиться в официальном тексте стандарта.

Преимущества Wi-Fi:  Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.  Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов.  Wi-Fi сети поддерживают роуминг, поэтому клиентская станция может перемещаться в пространстве, переходя от одной точки доступа к другой.  Wi-Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.

     Недостатки Wi-Fi:  Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы; во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Италия, требуют регистрации всех Wi-Fi сетей, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.  Довольно высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.  Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости ключа). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения.  Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний Wi-Fi маршрутизатор стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи. Микроволновка или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты.  Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi.  Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости.  Во время дождя работает плохо.

       WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который так же называют WirelessMAN. Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, которая была основана в июне 2001 года c целью продвижения и развития WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL».

Область использования

      WiMAX подходит для решения следующих задач: Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами интернета. Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.  Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.  Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

        WiMAX позволяет осуществлять доступ в интернет на высоких скоростях, с гораздо большей пропускной способностью и покрытием чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а так же локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети масштабов целых городов.

        Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому WiMAX-системы, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Краткие характеристики каждой из версий приведены ниже.

       802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.

       802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это — новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3; 2,5; 3,4–3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, а недавно оператор Sprint анонсировал старт проекта национального масштаба. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSXPA). Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Пользовательское оборудование

Оборудование для использования сетей WiMAX поставляется несколькими производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL модем), так и вне него (устройства размером с ноутбук). Следует заметить что оборудование, рассчитанное на размещение внутри помещений и не требующее профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, однако способно работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие инфраструктуры сети, так как подразумевает использование намного большего числа точек доступа.

С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожи на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей — базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником.

Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГЦ, скорость обмена данными может достигать 120 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надежность сети в целом.

Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки — допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями).

В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию при которой связь для более удалённых станций будет постоянно обрываться в пользу более близких станций. Подобное положение вещей делает затруднительным использование таких сервисов как Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.

Что же касается сетей 802.16, в них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа, для нее будет создан выделенный слот на точке доступа, и другие пользователи уже не смогут повлиять на это соединение.

Таблица 5.4

 Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Стандарт	Использование	Пропускная способность	Радиус действия	Частоты
UWB	802.15.3a	WPAN	110-480 Мбит/с	до 10 метров	7,5 ГГц
Wi-Fi	802.11a	WLAN	до 54 Мбит/с	до 100 метров	5 ГГц
Wi-Fi	802.11b	WLAN	до 11 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11g	WLAN	до 54 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит/с	6-10 км	1,5-11 ГГц
WiMax	802.16e	Mobile WMAN	до 30 Мбит/с	1-5 км	2-6          ГГц

      WiMAX это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).

       Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая сотни метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернет. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

      WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

 

5.2.        Технологии транспортного уровня – ATM, Frame relay, MPLS, IMS, AMS

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode) –технология асинхронной передачи  данных транспортного уровня, метод асинхронного режима переноса информации. Является дорогой технологией, но более надежной чем другие технологии, так как имеет специальные команды обеспечивающие надежную передачу данных по транспортной сети.  Асинхронный режим передачи АТМ представляет собой метод коммутации и мультиплексирования, являющийся разновидностью коммутации пакетов, в которой используются короткие пакеты постоянной длины, называемые ячейками. Метод АТМ считается одним из рациональных вариантов режима переноса информации в широкополосной ЦСИО. Его применение оказало большое влияние на стандартизацию новых цифровых систем передачи, станций коммутации и широкополосных интерфейсов. В рекомендации /.150 метод АТМ характеризуется как особый метод переноса информации, использующий технику асинхронного временного мультиплексирования. Объединенный информационный поток разделяется на блоки фиксированной длины, называемые ячейками или элементами.

        Метод АТМ ориентирован в основном на услуги, требующие предварительного установления соединения между пользователями. Сигнальные сообщения и информация пользователей передаются по различным виртуальным каналам. Однако метод АТМ считается эффективным и для услуг, которые не требуют соединения между пользователями. Использование метода АТМ оказало значительное влияние на разработку и стандартизацию нового поколения цифровых систем передачи и коммутации, структур мультиплексирования в цифровых системах передачи и интерфейсов в широкополосных сетях. Пакеты АТМ называются ячейками (cell), так как все они имеют фиксированную длину. Длина ячеек АТМ равна 53 байтам (октета), из которых 48 байт отводится для передачи информации (нагрузки) и 5 байт для заголовка. Информация, содержащаяся в 5 байтах заголовка, достаточна для доставки сетью каждой ячейку по назначению.  Рассмотрим пример сети АТМ. В данном случае мы имеем сигналы речи, данных и видеосигналы, которые необходимо передать через сеть, а также устройства, преобразующие эти сигналы в ячейки и обратно. Ячейки мультиплексируются в один поток, который по линии связи поступает в “облако” сети АТМ. Сеть АТМ коммутирует и доставляет ячейки по назначению. Используя инфраструктуру коммутации ячеек, возможно добавлять новые типы нагрузки без изменения самой инфраструктуры. Поскольку пользователь взаимодействует только с пограничными устройствами, то для изменения (введения) нового типа нагрузки достаточно модифицировать только эти пограничные устройства. Это одна из положительных сторон технологии АТМ. При необходимости без затруднений можно производить изменение или расширение сети.

Рис.5.7. Пример передачи информации с использованием технологии ATM

Frame relay – технология передачи пакетной информации в виде фреймов или кадров.

Основным инструментом выбора и установления путей в ССП сегодня является технология MPLS. Она применяет и развивает концепцию виртуальных каналов в сетях X.25, Frame Relay и ATM, объединяя ее с техникой выбора путей на основе информации о топологии и текущей загрузке сети, получаемой с помощью протоколов маршрутизации сетей IP.

Для решения задачи TE технология MPLS использует расширения протоколов маршрутизации, работающих на основе алгоритма состояния связей. Сегодня такие расширения стандартизованы для протоколов OSPF и IS-IS. Данные протоколы, в отличие от дистанционно-векторных протоколов, к которым относится, например, RIP, дают маршрутизатору полную топологическую информацию о сети. Их объявления содержат информацию о маршрутизаторах и сетях, а также о физических связях между ними. Каждая связь характеризуется текущим состоянием работоспособности и метрикой, в качестве которой используется величина, обратная пропускной способности канала. Для решения задачи TE в протоколы OSPF и IS-IS включены новые типы объявлений для распространения по сети информации о номинальной и незарезервированной (доступной для потоков TE) пропускной способности каждой связи. Таким образом, ребра результирующего графа сети, создаваемого в топологической базе каждого маршрутизатора, будут маркированы этими двумя дополнительными параметрами.

Рис. 5.8.  Граф сети

       Располагая таким графом, а также параметрами потоков, для которых нужно определить пути TE, маршрутизатор может найти рациональное решение, удовлетворяющее, например, одному из сформулированных выше ограничений на коэффициенты использования ресурсов сети, обеспечив тем самым ее сбалансированную загрузку. Для упрощения задачи оптимизации выбор путей для некоторого набора потоков может осуществляется по очереди, при этом в качестве ограничения выступает суммарная загрузка каждого ресурса сети. Обычно считается, что внутренней производительности маршрутизатора достаточно (в среднем) для обслуживания любого трафика, который способны принять интерфейсы маршрутизатора. Поэтому в качестве ограничений выступают только максимально допустимые значения коэффициентов загрузки каналов связи, устанавливаемые индивидуально или же имеющее общее значение. Решение задачи определения маршрута с учетом ограничений получило название Constrained-based Routing, а протокол OSPF с соответствующими расш ирениями – Constrained SPF, или CSPF.

Понятно, что поиск путей TE по очереди снижает качество решения – при одновременном рассмотрении всех потоков можно найти более рациональную загрузку ресурсов. В технологии MPLS TE информация о найденном рациональном пути используется полностью – т. е. запоминается не только первый транзитный узел, как в основном режиме маршрутизации IP, а все промежуточные узлы пути вместе с начальным и конечным, т. е. маршрутизация производится от источника. Поэтому достаточно, чтобы поиском путей занимались только пограничные LSR сети, а внутренние – лишь поставляли им информацию о текущем состоянии сети, которая необходима для принятия решений. Такой подход обладает несколькими преимуществами по сравнению с распределенной моделью поиска пути, лежащей в основе стандартных протоколов маршрутизации IP:

1.                он позволяет использовать "внешние" решения, когда пути находятся какой-либо системой оптимизации сети в автономном режиме, а потом прокладываются в сети;

2.                каждый из пограничных LSR может работать по собственной версии алгоритма, в то время как при распределенном поиске на всех LSR необходим идентичный алгоритм, что усложняет построение сети с оборудованием разных производителей;

3.                такой подход разгружает внутренние LSR от работы по поиску путей.

       После нахождения пути, независимо от того, найден он был пограничным LSR или внешней системой, его необходимо установить. Для этого в MPLS TE используется специальный протокол сигнализации, который умеет распространять по сети информацию о явном (explicit) маршруте. Сегодня в MPLS TE определено два таких протокола: RSVP с расширениями TE и CR-LDP (таблица 5.5).

При установлении нового пути в сообщении сигнализации наряду с последовательностью адресов пути указывается также и резервируемая пропускная способность. Каждый LSR, получив такое сообщение, вычитает запрашиваемую пропускную способность из пула свободной пропускной способности соответствующего интерфейса, а затем объявляет остаток в сообщениях протокола маршрутизации.

Таблица 5.5.

Сравнение протоколов CR-LDP, RSVP-TE

	CR-LDP	RSVP-TE
Используемый транспортный протокол	TCP	Исходный IP
Надежность операторского класса	Нет	Да
Поддержка трафика "много точек – точка"	Да	Да
Поддержка вещательной рассылки	Нет	Нет
Поддержка слияния LSP	Да	Да
Явная маршрутизация	Со строгими и нестрогими участками маршрута	Со строгими и нестрогими участками маршрута
Ремаршрутизация LSP	Да	Да, путем записи маршрута
Вытеснение потоков в LSP	Да, на основе приоритета	Да, на основе приоритета
Средства безопасности	Да	Да
Защита LSP	Да	Да
Состояние LSP	Жесткое	Нежесткое
Регенерация состояния LSP	Не требуется	Периодическая, по участкам
Резервирование совместно используемых ресурсов	Нет	Да
Обмен параметрами трафика	Да	Да
Управление трафиком	В прямом направлении	В обратном направлении
Авторизация пользователей	Неявная	Явная
Индикация протокола уровня 3	Нет	Да
Ограничения в	Да	Нет
зависимости от класса ресурса

 

Технология  IMS – IP Multimedia Subsystem – мультимедийная подсистема на базе протокола IP.  Это архитектура построения сетей нового поколения (NGN), предназначенных для предоставления всех услуг по IP (all-IP), как в фиксированной связи, так и в мобильной, что является базой для конвергентных сетей (FMC).

Время сетей с канальной коммутацией (TDM) уходит в прошлое, на замену им приходят сети с пакетной коммутацией. Первым поколением таких сетей были сети IP-телефонии (VoIP), вторым – сети NGN на базе Softswitch, третьим – сети с IMS-ядром.    Первым шагом является замена существующих АТС-Э на элементы NGN на с архитектурой IMS. На этапе №1 – поднимается транзитная сеть IMS для реализации функционала станций уровня МЦК и АМТС – для голосового транзита. На этапе №2 – сеть с IMS-ядром начинает подключать абонентов существующих АТС-Э, с помощью IP-терминалов и выносных MSAN.

Следующим шагом является полная конвергенция телекоммуникационных сетей (FMC, Fixed Mobile Convergence) с предоставлением всех телекоммуникационных услуг по IP-сетям (all-IP, all over IP).  В этом случае – ядра IMS являются коммутационным центром конвергентной сети, осуществляющим управление, маршрутизацию и предоставление услуг, посредством серверов приложений, подключенных к ядру IMS. При этом управление различными элементами общей сети – может быть строго разграничено по разным отделам и/или организациям.

Технология АMS – Access Multimedia Subsystem –технология мультимедийной подсистемы абонентского доступа является технологией предоставления всех видов услуг пользователям на уровне абонентского доступа с помощью различных проводных и беспроводных технологий.

 

                                      

 

 

Контрольные вопросы

 

 

1.                Принципы работы технологии семейства xDSL.

2.                Осноные  технические параметры технологий ADSL2, ADSL2+,VDSL2, GSHDSL.

3.                Стандарт Wi-Fi, особенности и принципы реализации.

4.                Стандарт WiMAX, особенности и принципы реализации.

5.                Варианты реализации технологии PON.

6.                Технологии транспортного уровня – ATM, Frame relay. Их особенности и различия.

7.                Технология  MPLS, принцип работы.

8.                Технологии  IMS и AMS.Их отличия между собой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 6

 

Мультимедийные  услуги конвергентных сетей нового поколения

 

План лекции

 

6.1. Классификация услуг  конвергентных сетей следующего поколения.

6.2. Типы мультимедийных услуг, принципы их представления и работа.

 

6.1. Классификация услуг  конвергентных сетей следующего поколения

        Требования к сетям связи:  К перспективным сетям связи могут быть определены следующие требования: мультисервисность, широкополосность, мультимедийность, интеллектуальность, инвариантность доступа, многооператорность. 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.

Сеть связи следующего поколения (ССП, NGN – Next Generation Network) – концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, предполагающая реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи.

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами. ССП, которая потенциально должна объединить существующие сети связи - телефонные сети общего пользования ТфОП, сети передачи данных СПД, сети подвижной связи  СПС.

Одной из основных целей построения ССП является расширение спектра предоставляемых услуг. Планируется предоставлять следующие услуги: 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.

Классификация услуг для сетей ССП

      В настоящее время отсутствует общая классификация услуг для сетей ССП. В рамках концепции, когда сеть ССП предлагается рассматривать не как отдельную категорию сетей связи, а как инструмент построения и развития существующих сетей, услуги, предоставляемые в рамках фрагмента ССП, можно классифицировать следующим образом:базовые: услуги, ориентированные на установление соединения с использованием фрагмента NGN между двумя оконечными терминалами; дополнительные виды обслуживания: услуги, предоставляемые наряду с базовыми и ориентированные на поддержку дополнительных списков возможностей; услуги доступа, ориентированные на организацию доступа к ресурсам, и точек присутствия интеллектуальных сетей и сетей передачи данных; информационно-справочные услуги: услуги, ориентированные на предоставление информации из баз данных, входящих в структуру ССП; услуги виртуальных частных сетей: услуги, ориентированные на организацию и поддержание функционирования VPN со стороны элементов фрагмента ССП; услуги мультимедиа: услуги, ориентированные на обеспечение и поддержку функционирования мультимедийных приложений со стороны фрагмента ССП.

         Под базовыми видами понимаются: услуги местной, междугородной, международной телефонной связи, предоставляемые с использованием (полным или частичным) фрагмента сети на основе NGN-технологий. Базовые услуги телефонии в сетях ССП могут использовать технологии компрессии речи, при этом качество предоставления базовых услуг должно соответствовать классам "высший " и "высокий ". Базовые услуги телефонии могут быть доступны пользователям, использующим терминалы сетей ТфОП, СПС и Н.323, SIP-терминалы; услуги по передаче факсимильных сообщений между терминальным оборудованием пользователей. Услуга может предоставляться пользователям, использующим терминалы сетей ТфОП и СПС. Услуга e-fax не относится к данному классу; услуги по организации модемных соединений между терминальным оборудованием пользователей. Услуга может предоставляться пользователям, использующим терминалы сетей ТфОП и СПС. Услуга доступа в сети IP не относится к данному классу; услуга доставки информации "64 кбит/с без ограничений " и базирующиеся на ней услуги предоставления связи, определенные для технологии ISDN для установления соединений между терминальным оборудованием пользователей. Услуга может предоставляться пользователям, использующим терминалы ISDN.

      Задачей сетевого фрагмента ССП при предоставлении базовых услуг является установление и поддержание соединения с требуемыми параметрами.

Дополнительные виды обслуживания (ДВО)

Предоставление базовых услуг может сопровождаться дополнительными видами обслуживания, которые расширяют возможности пользователя по получению информации о соединении, тональных уведомлений, а также позволяют изменять конфигурацию соединения. В сетевом фрагменте ССП пользователям могут быть доступны следующие дополнительные виды обслуживания: идентификации вызывающей линии (CLIP); запрет идентификации вызывающей линии (CLIR); предоставление идентификации подключенной линии (COLP); переадресация вызова при отсутствии ответа (Call Forwarding No Reply); переадресация вызова при занятости (Call Forwarding Busy); безусловная переадресация вызова (Call Forwarding Unconditional); идентификация злонамеренного вызова (MOD); индикация ожидающего вызова/сообщения (Call/Message Waiting); завершение вызова (Call Completion); парковка и перехват вызовов (Call Park/Pick-up); удержание вызова (Call Hold); замкнутая группа пользователей (CUG); конференц-связь с расширением (CONF); другие.

         Следует отметить, что в зависимости от используемого типа подключения и терминального оборудования, а также от возможностей Softswitch список и алгоритмы предоставления услуг могут отличаться. В настоящий момент наиболее специфицированными являются дополнительные виды обслуживания для пользователей сетей ISDN. Спецификации ряда ДВО для пользователей сетей на основе Н.323 и SIP-протоколов находятся в процессе разработки в международных организациях. Также следует отметить, что фрагмент ССП для проходящих через него вызовов должен обеспечивать поддержку ДВО, инициированных в других сетях.

Услуги доступа

Услугами доступа, поддерживаемыми со стороны сетевого фрагмента ССП, являются: услуги доступа в сети IP по коммутируемому соединению с поддержкой процедур точки доступа и авторизации со стороны фрагмента NGN; применяются как для поддержки WWW, E-mail, FTP-приложений, так и для доступа к сетям IР-телефонии; услуги доступа к ресурсам ИСС с реализацией функции SSP в сетевом фрагменте NGN. Реализованный SSP на ЕСЭ РФ должен как минимум обеспечивать поддержку следующих видов услуг ИСС: "Бесплатный вызов"; "Телеголосование"; "Вызов с дополнительной оплатой"; "Вызов по предоплаченной карте ".услуги доступа к информационно-справочным ресурсам с поддержкой точки доступа и авторизации доступа со стороны фрагмента ССП (функция Service Node при доступе к внешним ресурсам).

    Информационно-справочные услуги

К информационно-справочным относятся услуги предоставления информации со стороны элементов фрагмента ССП. В отличие от услуги доступа к информационно-справочным ресурсам, в данном случае предоставление предполагает включение сервера услуги в состав фрагмента ССП и использование API-интерфейсов между Softswitch и сервером приложений.

Услуги VPN

Фрагментом ССП может поддерживаться предоставление следующих видов услуг виртуальных частных сетей: виртуальная частная сеть VPN на основе коммутируемых соединений с поддержкой адресного пространства VPN со стороны Softswitch. В этом случае задачей Softswitch является анализ номера входящего/исходящего абонента с принятием решения о возможности установления соединения в соответствии с политикой VPN. После принятия положительного решения об установлении соединения обрабатывается во фрагменте ССП как обычный вызов; виртуальная частная сеть на основе постоянных соединений внутри фрагмента NGN с обработкой адресной информации со стороны Softswitch. В этом случае для виртуальной частной сети изначально резервируется транспортный ресурс во фрагменте NGN. Обслуживание вызовов VPN осуществляется гибким коммутатором в рамках выделенного для VPN транспортного ресурса; виртуальная частная сеть на основе постоянных соединений без обработки сигнальной информации вызова Softswitch. В этом случае VPN использует фрагмент NGN только как транспортный ресурс. Обработкой сигнальной информации, относящейся к вызову, занимаются внешние к фрагменту устройства.

 

 

6.2. Типы мультимедийных услуг, принципы их представления и работа

Услуги мультимедиа

       Мультимедийные услуги можно рассматривать с двух позиций: с позиции абонентов услуг связи; с позиции поставщика услуг (оператора связи).

С точки зрения абонентов, мультимедийная услуга связи представляет собой возможность сети обеспечить функционирование специфических мультимедийных пользовательских приложений. Фактически абоненту безразлично, на базе какой сети предоставляется мультимедийная услуга, т. е. услуга не зависит от технологической платформы сети.

Мультимедийное пользовательское приложение представляет собой приложение, одновременно поддерживающее несколько "единиц " представления аудиовизуальной информации и предоставляющее абонентам общее информационное пространство в рамках одного сеанса связи. В качестве примеров мультимедийных приложений можно привести следующие: совместная работа с документами и графикой, "белая доска ", дистанционное обучение, телемедицина и др.

Оператор связи рассматривает мультимедийную услугу связи как перенос комбинации двух или более "единиц " представления аудиовизуальной информации (т. е. видео, звука, текста) между абонентами (группами абонентов) в рамках сетевой инфраструктуры и с учетом состава и возможностей используемого оборудования. Таким образом, возможность предоставления той или иной мультимедийной услуги полностью зависит от технологической платформы сети.

Европейский институт стандартизации в области связи (ETSI) ввел понятие "широкополосных мультимедийных услуг ". Под такими услугами понимаются услуги связи, предоставление которых осуществляется на базе широкополосных сетей связи, способных обеспечить перенос информации (контента) в виде непрерывных потоков пакетов/ячеек в режиме реального времени.

Классификацию мультимедийных услуг связи и приложений можно производить с различных точек зрения и с использованием различных критериев. В качестве примера классификации, отражающей точку зрения оператора сети B-ISDN, можно привести рекомендацию ITU-T I.211. Суть подхода заключается в том, что услуги связи предоставляются абонентам с помощью определенных служб B-ISDN. Согласно рекомендации, в зависимости от способов связи между терминальным оборудованием абонентов и в соответствии с возможными пользовательскими приложениями все службы делятся на интерактивные и распределительные, каждая из которых, в свою очередь, включает несколько классов служб.

Особенности современных услуг связи

       Технологической основой информационного общества является Глобальная информационная инфраструктура (ГИИ), которая должна обеспечить возможность недискриминационного доступа к информационным ресурсам каждого жителя планеты. Информационную инфра-структуру составляет совокупность баз данных, средств обработки информации, взаимодействующих сетей связи и терминалов пользователя.

Доступ к информационным ресурсам в ГИИ реализуется посредством услуг связи нового типа, получивших название услуг Информационного общества или инфокоммуникационных услуг.

Наблюдаемые в настоящее время высокие темпы роста объемов предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнозировать их преобладание в сетях связи в ближайшем будущем.

На сегодняшний день развитие инфокоммуникационных услуг осуществляется, в основном, в рамках компьютерной сети Интернет, доступ к услугам которой происходит через традиционные сети связи.

В то же время в ряде случаев услуги Интернет, ввиду ограниченных возможностей ее транспортной инфраструктуры не отвечают современным требованиям, предъявляемым к услугам информационного общества.

В связи с этим развитие инфокоммуникационных услуг требует решения задач эффективного управления информационными ресурсами с одновременным расширением функциональности сетей связи. В свою очередь это стимулирует процесс интеграции Интернета и сетей связи.

Особенности инфокоммуникационных услуг

         К основным технологическим особенностям, отличающим инфокоммуникационные услуги от услуг традиционных сетей связи, можно отнести следующие: инфокоммуникационные услуги оказываются на верхних уровнях модели ВОС (в то время как услуги связи предоставляются на третьем, сетевом уровне);   большинство инфокоммуникационных услуг предполагает наличие клиентской и серверной частей; клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а серверная – на специальном выделенном узле сети, называемом узлом служб;   инфокоммуникационные услуги, как правило, предполагают передачу информации мультимедиа, которая характеризуется высокими скоростями передачи и несимметричностью входящего и исходящего информационных потоков;   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.

Бизнес-модель, определяющая участников процесса предоставления инфокоммуникационных услуг и их взаимоотношения, также отличается от модели традиционных услуг электросвязи, в которой было представлено всего лишь три основных участника: оператор, абонент и пользователь.

Новая деловая модель предполагает наличие поставщика услуг, который предоставляет инфокоммуникационные услуги абонентам и пользователям. При этом сам поставщик является потребителем услуг переноса, предоставляемых оператором сети связи.

На рынке могут также присутствовать дополнительные виды поставщиков услуг: поставщики информации, брокеры, ритейлеры и т.д. Поставщик информации предоставляет информацию поставщику услуг для распространения. Брокер предоставляет информацию о поставщиках услуг и их потенциальных абонентах, содействует пользователям в поиске поставщиков, оказывающих требуемые услуги. Ритейлер выступает как посредник между абонентом и поставщиком с целью адаптации услуги к индивидуальным требованиям абонента.

         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.

Сценарий сервиса

Конвергенция, предлагаемая сетью NGN, обладающей широкополосными возможностями, допускает использование новых моделей сервиса. Например, возможность реализовать режим бродкастинга для многих участников и осуществить его вместе с интерактивной связью, включая беспроводной сервис для таких приложений, как электронные конференции, коммерция, обучение, медицина и т.д. Типичный пример – объединение электронного обучения с сервисом видеоконференц-связи, которое может быть таким, что председатель и участники могут обсуждать проблемы в режиме бродкастинга. Подписчики, вопросы и ответы также можно было бы организовать путем использования каналов ТВ и видеофонных каналов, выводимых на один экран терминала. На рис. 6.1 лекция транслируется во время видеофонной сессии между удаленными участниками.

 

Рис. 6.1. Иллюстрация процесса конвергенции  сетей

       Satellite  and terrestrial DMB-Спутниковое и наземное цифровое  ММ-вещание, QoS, leased line- QoS, выделенные линии, Fiber-волокно, Wile, wireless-проводная и радиосвязь, Video camera- видеокамера, Broadcast-вещание, Presentation document- презентации, BSB-ШП-ТВ- приставка,  C-HcN-конвергентная сеть до уличного шкафа, FTTH-волокно в дом, ONU- оптический сетевой блок, OLT-окончание оптической линии, VoD-видео по требованию, C-HcN for FTTH-C-HcN для FTTH, Converged TE-согласованное  терминальное оборудование.

 

 

Контрольные вопросы

 

1.    Основные виды предоставляемых услуг.

2.    Дополнительные виды предоставляемых услуг.

3.    Мультимедийные виды услуг.

4.     Услуги VPN.

5.    Услуги доступа.

6.    Особенности инфокоммуникационных услуг.

 

 

 

 

 

 

Лекция 7

 

Обеспечение качества  обслуживания  (QoS)  для будущих конвергентных сетей

 

План лекции

 

1.1.        Понятие о качестве услуг телекоммуникации.

1.2.        Оценка, классы, показатели оценивания качества обслуживания.

1.3.         Механизмы обеспечения  качества обслуживания  в пакетных сетях.

1.4.        Резервирование сетевых ресурсов. Соглашение по уровню обслуживания.

 

7.1.        Понятие о качестве услуг телекоммуникации

Одним из основных аспектов, который должен приниматься во внимание при проектировании сетей ССП, является обеспечение качества обслуживания. Специфика пакетных сетей состоит в том, что, в отличие от сетей с коммутацией каналов, в одном и том же информационном потоке может передаваться разнородный трафик. При этом каждый из типов трафика характеризуется рядом критичных и некритичных параметров. Для передачи голосового трафика через пакетные сети вводится понятие классов обслуживания, позволяющих оценить качество предоставления услуги в пакетной сети. Определение качества обслуживания в настоящий момент является субъективным и базируется на методе экспертных оценок, т.е. априори невозможно абсолютно гарантировать, что при проектировании сети будут заложены сетевые характеристики, позволяющие однозначно обеспечить требуемое качество. С другой стороны, пакетные сети имеют развитые механизмы обеспечения качества обслуживания, использование которых позволяет влиять на предоставление услуг связи в процессе эксплуатации.

      Функции качества обслуживания (QoS) заключаются в обеспечении гарантированного и дифференцированного обслуживания сетевого трафика путем передачи контроля за использованием ресурсов и загруженностью сети ее оператору. QoS представляет собой набор требований, предъявляемых к ресурсам сети при транспортировке потока данных. QoS обеспечивает сквозную гарантию передачи данных и основанный на системе правил контроль за средствами повышения производительности IP-сети, такими как механизм распределения ресурсов, коммутация, маршрутизация, механизмы обслуживания очередей и механизмы отбрасывания пакетов.

Ниже перечислены некоторые из основных преимуществ качества обслуживания:  Обеспечение поддержки существующих и появляющихся мультимедийных служб и приложений,  Передача контроля за ресурсами сети и их использованием сетевому оператору,  Обеспечение гарантии обслуживания и дифференцирование сетевого трафика. Это условие является необходимым для объединения аудио/видеотрафика и трафика приложений в пределах одной IP-сети.

Возможность поставщикам услуг Internet предлагать клиентам дополнительные услуги наряду со стандартной услугой негарантированной доставки данных (другими словами, предоставлять услуги в соответствии с так называемым классом обслуживания – Class of Service (CoS)). Играет значительную роль в развитии новых сетевых технологий, таких как виртуальные частные сети (Virtual Private Networks – VPNs).

         Способность сети обеспечивать различные уровни обслуживания, запрашиваемые теми или иными сетевыми приложениями, наряду с проведением контроля за характеристиками производительности – полосой пропускания, задержкой/дрожанием и потерей пакетов – может быть классифицирована по трем перечисленным ниже категориям.

      Негарантированная доставка данных (best-effort service). Обеспечение связности узлов сети без гарантии времени и самого факта доставки пакета в пункт назначения. Отбрасывание пакета может произойти только в случае переполнения буфера входной или выходной очереди маршрутизатора.

      На самом деле негарантированная доставка пакетов не является частью QoS вследствие отсутствия гарантии качества обслуживания и гарантии обеспечения доставки пакетов. Негарантированная доставка пакетов является на сегодняшний день единственной услугой, поддерживаемой в Internet.

      Дифференцированное обслуживание (differentiated service). Дифференцирование обслуживание предполагает разделение трафика на классы на основе требований к качеству обслуживания. Каждый класс трафика дифференцируется и обрабатывается сетью в соответствии с заданными для этого класса механизмами QoS. Подобная схема обеспечения качества обслуживания (QoS) довольно часто называется схемой CoS.

      Следует отметить, что дифференцированное обслуживание само по себе не предполагает обеспечения гарантий предоставляемых услуг. В соответствии с данной схемой трафик распределяется по классам, каждый из которых имеет свой собственный приоритет. По этой причине дифференцированное обслуживание довольно часто называют мягким QoS (soft QoS).

       Дифференцированное обслуживание удобно применять в сетях с интенсивным трафиком приложений.

       Гарантированное обслуживание (guaranteed service). Гарантированное обслуживание предполагает резервирование сетевых ресурсов с целью удовлетворения специфических требований к обслуживанию со стороны потоков трафика.

      В соответствии с гарантированным обслуживанием выполняется предварительное резервирование сетевых ресурсов по всей траектории движения трафика. Гарантированное обслуживание довольно часто называют еще жестким QoS (hard QoS) в связи с предъявлением строгих требований к ресурсам сети.

     К сожалению, резервирование ресурсов на всем пути следования отдельных потоков трафика невозможно реализовать в масштабах магистрали Internet, обслуживающей в отдельный момент времени тысячи потоков данных.  Характеристики производительности сетевого соединения.

Внедрение механизмов QoS предполагает обеспечение со стороны сети соединения с определенными ограничениями по производительности. Основными характеристиками производительности сетевого соединения являются полоса пропускания, задержка, дрожание и уровень потери пакетов.

Термин полоса пропускания (bandwidth) используется для описания номинальной пропускной способности среды передачи информации, протокола или соединения. Как правило, каждое соединение, нуждающееся в гарантированном качестве обслуживанияе обслуживания, требует от сети резервирования минимальной полосы пропускания. К примеру, приложения, ориентированные на передачу оцифрованной речи, создают поток информации интенсивностью 64 Кбит/с. Эффективное использование таких приложений становится практически невозможным вследствие снижения полосы пропускания ниже 64 Кбит/с на каком-либо из участков соединения.

Задержка при передаче пакета (packet delay), или латентность (latency), на каждом переходе состоит из задержки сериализации, задержки распространения и задержки коммутации. Ниже приведены определения каждого из названных выше типов задержки.

Задержка сериализации (serialization delay). Время, которое требуется устройству на передачу пакета при заданной ширине полосы пропускания. Задержка сериализации зависит как от ширины полосы пропускания канала передачи информации, так и от размера передаваемого пакета. Например, передача пакета размером 64 байт при заданной полосе пропускания 3 Мбит/с занимает всего лишь 171 нc. Обратите внимание, что задержка сериализации очень сильно зависит от полосы пропускания: передача того же самого пакета размером 64 байт при заданной полосе пропускания 19,2 Кбит/с занимает уже 26 мс. Довольно часто задержку сериализации называют еще задержкой передачи (transmission delay).

Задержка распространения (propagation delay). Время, которое требуется переданному биту информации для достижения принимающего устройства на другом конце канала. Эта величина довольно существенна, поскольку в наилучшем случае скорость передачи информации соизмерима со скоростью света. Задержка распространения зависит от расстояния и используемой среды передачи информации, а не от полосы пропускания. Для линий связи глобальных сетей задержка распространения измеряется в миллисекундах. Для трансконтинентальных сетей Соединенных Штатов характерна задержка распространения порядка 30 мс.

Задержка коммутации (switching delay). Время, которое требуется устройству, получившему пакет, для начала его передачи следующему устройству. Как правило, это значение меньше 10 нс. Обычно каждый из пакетов, принадлежащий одному и тому же потоку трафика, передается с различным значением задержки. Задержка при передаче пакетов меняется в зависимости от состояния промежуточных сетей. Если сеть не испытывает перегрузки, то пакеты не ставятся в очередь в маршрутизаторах, а общее время задержки при передаче пакета состоит из суммы задержки сериализации и задержки распространения на каждом промежуточном переходе. В этом случае можно говорить о минимально возможной задержке при передаче пакетов через заданную сеть. Следует отметить, что задержка сериализации становится незначительной по сравнению с задержкой распространения при передаче пакета по каналу с большой пропускной способностью. Если же сеть перегружена, задержки при организации очередей в маршрутизаторах начинают влиять на общую задержку при передаче пакетов, и приводят к возникновению разницы в задержке при передаче различных пакетов одного и того же потока. Колебание задержки при передаче пакетов получило название джиттер-пакетов (packet jitter).  Данный параметр имеет большую важность, поскольку именно он определяет максимальную задержку при приеме пакетов в конечном пункте назначения. Принимающая сторона, в зависимости от типа используемого приложения, может попытаться компенсировать дрожание пакетов за счет организации приемного буфера для хранения принятых пакетов на время, меньшее или равное верхней границе дрожания. К этой категории относятся приложения, ориентированные на передачу/прием непрерывных потоков данных, например IP-телефония или приложения, обеспечивающие проведение видеоконференций.

Уровень потери пакетов (packet loss) определяет количество пакетов, отбрасываемых сетью во время передачи. Основными причинами потери пакетов являются перегрузка сети и повреждение пакетов во время передачи по линии связи. Чаще всего отбрасывание происходит в местах перегрузки, где число поступающих пакетов намного превышает верхнюю границу размера выходной очереди. Кроме того, отбрасывание пакетов может быть вызвано недостаточным размером входного буфера. Как правило, уровень потери выражается как доля отброшенных пакетов за определенный интервал времени.

Некоторые приложения неспособны нормально функционировать или же функционируют крайне неэффективно в случае потери пакетов. Подобные приложения требуют от сети гарантии надежной доставки всех пакетов.

Как правило, хорошо спроектированные сети характеризуются очень низким значением потери пакетов. Потеря пакетов также несвойственна приложениям, для которых были заранее зарезервированы требуемые этими приложениями ресурсы. Что касается волоконно-оптических линий связи со значением частоты появления ошибочных битов (Bit Error Rate – BER) 10е-9, то здесь потеря пакетов возможна только в случае их отбрасывания в местах перегрузки сети. Отбрасывание пакетов, к сожалению, является неизбежным явлением при негарантированной доставке трафика, хотя и в этом случае оно обусловливается крайней необходимостью.

Технология ATM с самого начала разрабатывалась для транспорта различных видов нагрузки, в том числе телефонной, и в нее были заложены средства обеспечения QoS. Технология же IP была создана для негарантированной доставки данных, поэтому требует для обеспечения QoS некоторых дополнительных механизмов, особенно для транспорта трафика реального времени, в том числе телефонного. Однако на сегодняшний день, как показывает анализ общемировых тенденций в развитии телекоммуникаций, технология IP является более перспективной. Это подтверждается и результатами испытаний оборудования Softswitch различных производителей в Технопарке ЦНИИС, которые показали, что оборудование Softswitch большинства производителей ориентировано на применение в среде IP. Исходя из указанных обстоятельств, ниже более подробно будет рассмотрено обеспечение QoS в транспортных сетях IP.

В соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т I.380/Y.1540 основными параметрами, характеризующими QoS в сетях IP, являются: задержка переноса пакетов;  вариация задержки пакетов (джиттер);  коэффициент потери пакетов;  коэффициент ошибок по пакетам.

Последний параметр зависит в основном от используемых на физическом уровне сети систем передачи, и проблем с ним, как правило, не возникает. Механизмы обеспечения QoS в сетях IP направлены на улучшение первых трех из указанных параметров. Именно они и являются основными характеристиками транспортной сети, определяющими качество передачи речи (рис. 7.1). Эти же параметры, как правило, используются и в соглашениях об уровне обслуживания (Service Level Agreement — SLA), предлагаемых ведущими операторами своим клиентам.

Рис. 7.1.  Взаимовлияние факторов, определяющих качество передачи речи

 

7.2.        Оценка, классы, показатели оценивания качества обслуживания

Категории и классы качества передачи речи

Документ ETSI TS 102 024 – 2, разработанный в рамках проекта TIHPON (Release 5, сентябрь 2003 г.), определяет три класса качества:   широкополосный (wideband), обеспечивающий пользователям качество лучшее, чем в ТфОП. Он требует использования широкополосных кодеков (обрабатывающих аналоговые сигналы с полосой более 3,1 кГц) и сетей IP, спроектированных в соответствии с требованиями QoS;  узкополосный (narrowband), обеспечивающий пользователям качество, подобное ТфОП. Он требует использования спроектированных в соответствии с требованиями QoS сетей IP;  негарантированный (best effort), предоставляющий пригодные для использования услуги, но без гарантий на характеристики соединения. Могут быть периоды значительного ухудшения качества речи и большие задержки из конца в конец, которые отрицательно влияют на общую диалоговую интерактивность. Этот класс качества обеспечивается в сетях IP, разработанных без учёта требований QoS, например, общедоступного Интернета.

Широкополосный и узкополосный классы обеспечивают гарантии характеристик для 95% всех соединений. Узкополосный класс делится на три подкласса:  высокий (high), обеспечивающий качество, эквивалентное тому, которое предоставляется услугами ЦСИС; средний (medium), обеспечивающий качество, эквивалентное тому, которое предоставляется услугами беспроводной мобильной телефонии в условиях хорошей радиосвязи, например в сетях GSM, использующих кодеки EFR, или системами, использующими кодеки по Рекомендации МСЭ-Т G.726 на скорости 32 Кбит/с;   приемлемый (acceptable), обеспечивающий качество, эквивалентное тому, которое предоставляется обычными услугами беспроводной мобильной телефонии, например в сетях GSM, использующих кодеки FR, или системами, включающими геостационарные спутники.

      Каждый из вышеуказанных классов определяется тремя характеристиками:  общим рейтингом качества передачи (R);  качеством речи, воспринимаемым слушателем (качество односторонней неинтерактивной передачи речи из конца в конец);   задержкой из конца в конец (средней односторонней). Значения этих характеристик для каждого из классов качества приведены в следующей таблице.

 

 

 

 

 

Таблица 7.1

Классы качества передачи речи в соответствии с подходом ETSI

Характеристика	3 (широкополосный)	2 (узкополосный)			1(best effort)негарантированный
		2-H (высокий)	2-M (средний)	2-A (приемлемый)
Общий рейтинг качества передачи (R)	(В настоящее время находится на этапе изучения в международных организациях стандартизации )	> 80	> 70	> 50	> 50 (ориентир)
Относительное качество речи (одностороннее, неинтерактивное)	Лучше, чем G.711	Равно или лучше, чем G.726 при 32 Кбит/с	Равно или лучше, чем GSM-FR	Не определено	Не определено
Результирующий общий рейтинг качества передачи (R)	Не применяется	> 86	> 73	> 50	> 50
Задержка из конца в конец, мс	< 100	< 100	< 150	< 400	< 400(ориентир)

 

7.3.        Механизмы обеспечения  качества обслуживания  в пакетных сетях

Услуга телефонной связи сети общего пользования должна обеспечивать пользователям качество передачи речи, соответствующее наилучшей и высокой категориям по Рекомендации МСЭ-Т G.109 или широкополосному и узкополосному высокому классам по ETSI TS 102 024 – 2. Качество из конца в конец, соответствующее средней категории или узкополосному среднему классу, может предоставляться при соединениях с абонентами сетей подвижной связи или корпоративным клиентам при наличии с ними соответствующих договоров. Более низкое качество в телефонных сетях общего пользования допускаться не должно. Влияние оконечного оборудования и сети на показатели качества речи. Общее качество передачи речи определяется факторами, зависящими как от сети, так и от оконечного оборудования.  Основные параметры, влияющие на качество передачи речи из конца в конец, и их отношение к терминальному оборудованию и/или сети приведены в следующей таблице.

Таблица 7.2

Основные параметры качества передачи речи и их связь с терминальным оборудованием и/или сетью

Параметр	Связан с
	терминальным оборудованием	сетью
Тип кодека	Да	Нет
Потери пакетов	Нет 1	Да
Задержка	Да 2	Да 3
Вариации задержки	Нет 4	Да 5

Маршрутизаторы, расположенные на границе сети, используют функцию классификации для распознавания пакетов, принадлежащих различным классам трафика, в зависимости от значения одного или нескольких полей в заголовке TCP/IP. Функция маркировки пакетов используется для разметки классифицированного трафика путем установки значения поля IP-приоритета или поля кода дифференцированного обслуживания (Differentiated Services Code Point – DSCP). Более подробно функции классификации и маркировки пакетов рассматриваются в следующей лекции.

       Управление интенсивностью трафика. Поставщики услуг используют ограничивающую функцию для приведения параметров поступающего в сеть клиентского трафика в соответствии с его профилем. В то же время корпорации используют выравнивающую функцию для дозирования поступающего в сеть поставщика услуг трафика и выравнивания его интенсивности в соответствии с заданным профилем.

       Распределение ресурсов.  Наиболее распространенным механизмом обслуживания очередей в маршрутизаторах и коммутаторах современной Internet является ставший уже традиционным механизм "первым пришел, первым вышел" (first-in, first-out – FIFO). Несмотря на простоту реализации, для механизма FIFO характерно несколько фундаментальных проблем, затрудняющих выполнение функций качества обслуживанияа обслуживания. Так, механизм FIFO не предусматривает приоритетной обработки чувствительного к задержке трафика путем его перемещения во главу очереди. Весь трафик обрабатывается одинаково, без учета принадлежности потоков к различным классам с разными требованиями к обслуживанию.

      Минимальное требование, предъявляемое к поддерживающему функции QoS алгоритму обслуживания очередей, – способность дифференцировать и определять требования к обработке различных пакетов. В соответствии с этими параметрами алгоритм обслуживания должен планировать порядок передачи поставленных в очередь пакетов. Частота обслуживания пакетов одного и того же потока трафика определяет выделенную этому потоку полосу пропускания.

        Предотвращение перегрузки и политика отбрасывания пакетов. Традиционный механизм обслуживания очередей FIFO предусматривает отбрасывание всех входящих пакетов после достижения максимального значения длины очереди. Подобный способ управления очередью получил название "отбрасывание хвоста" (tail drop) и характеризуется тем, что сигнал о перегрузке поступает лишь в момент фактического переполнения очереди. К сожалению, механизм FIFO не предусматривает проведения каких-либо активных действий по предотвращению перегрузки или по уменьшению размера очереди с целью снижения времени задержки. Активный алгоритм управления очередями позволяет маршрутизатору предвидеть перегрузку еще до переполнения очереди.

       Маршрутизация. Традиционная маршрутизация осуществляется на основании адреса назначения пакета и предполагает выбор наименее короткого маршрута, хранящегося в таблице маршрутизации. К сожалению, подобный механизм является недостаточно гибким для некоторых сетевых сценариев. Маршрутизация на основе политики – это функция качества обслуживания, позволяющая заменить традиционный механизм маршрутизации пакетов механизмом, учитывающим всевозможные настраиваемые пользователем параметры.

       Современные протоколы маршрутизации, работающие по методу выбора наименее короткого пути, позволяют учитывать такие значения метрики, как административное расстояние, вес или число переходов. Маршрутизация пакетов осуществляется на основании хранящейся в таблице маршрутизации информации без учета требований потока трафика к качеству обслуживания или доступности сетевых ресурсов на всем протяжении маршрута. QoS-маршрутизация представляет собой механизм маршрутизации пакетов, учитывающий требования потоков трафика к качеству обслуживания и осуществляющий выбор маршрута в зависимости от наличия сетевых ресурсов.

        Совокупность контролируемых параметров информационного потока гарантирует соответствие между реальными параметрами качества и заданными. Заданные параметры определяют допустимые алгоритмы его маршрутизации и необходимый объем сетевых ресурсов. Оператор может использовать различные механизмы управления сетевыми ресурсами, обеспечивающие необходимый уровень QoS. Эти механизмы зависят от концепции построения системы управления мультисервисной сети и особенностей оборудования, используемого в узлах коммутации магистральной сети.

        Механизмы обеспечения качества абонентского обслуживания по транспортировке трафика в мультисервисной сети QoS могут реализовываться как на канальном (2-й уровень сетевой модели), так и на сетевом (3-й уровень модели) уровне модели ISO/OSI: механизмы QoS канального уровня ATM;  механизмы QoS канального уровня коммутируемой сети Ethernet, основанные на классификации и приоритезации информационных потоков;  технология MPLS (MultiProtocol Label Switching), повышающая эффективность прохожения трафика за счет упрощения процессов маршрутизации. Механизм MPLS может быть применен для обеспечения QoS как в среде Ethernet, так и в среде ATM.

       Сеть NGN должна обрабатывать много типов сервисов, поддерживающих QoS. Чтобы предложить QoS-сервисы, нужно определить: 1) QoS-классы сервиса переносчика (Bearer service), передающего данные между интерфейсами "абонент-сеть"; 2) механизмы управления QoS; 3) функциональную архитектуру управления QoS; 4) управление/передачу сигнала QoS.

Классы QoS 

      Телесервисы могут работать через терминалы и сети (например, терминалы "mouth-ear" (микрофон-наушник) для голоса) и сервисы переносчика, исключающие терминалы (от UNI до UNI, рис. 7). На практике не всегда можно управлять домашней установкой аппаратных средств пользователя. В среде NGN нужно принимать во внимание рабочие характеристики сети, реализуемые на уровне сервиса переносчика (см. рис. 7 и рек. Y.1541), а также помнить о мобильных сетях. Классы UMTS QoS определяются в 3GPP TS 23.107. Так как NGN должны поддерживать различные типы сетей доступа, нужна гармонизация этих спецификаций, чтобы управлять QoS из конца в конец в гетерогенной сети.

Механизмы управления QoS

      В NGN можно использовать различные механизмы управления QoS, соответствующие различным технологиям и бизнес-моделям. Эти поддерживающие QoS механизмы имеют большое влияние на архитектуру, которая может понадобиться, чтобы обеспечить их. Фактически, существует несколько альтернатив, зависящих, например, от возможностей терминала пользователя или от запросов сервиса. Можно выделить три сценария:

1.                Сервис, запрашивающий QoS: терминал пользователя или домашний шлюз сам по себе не поддерживает естественные для QoS механизмы передачи сигнала. Он запрашивает специфический сервис у контроллера сервиса, который и определит запросы QoS для этого сервиса.

2.                Предварительно авторизованный пользователь, запрашивающий QoS: терминал пользователя или домашний шлюз способен послать явные запросы QoS для своих собственных QoS-нужд, но перед тем, как сделать это, от контроллера сервиса требуется предварительная авторизация.

3.                Неавторизованный пользователь, запрашивающий QoS: терминал пользователя или домашний шлюз способен послать явные запросы QoS для своих собственных QoS-нужд, и ему не требуется предварительная авторизация от контроллера сервиса.

Независимо от механизма запроса QoS от терминала существуют несколько механизмов распространения запроса QoS в сети и через сети.

Сценарий 1: сервис, запрашивающий QoS

        В нем терминал пользователя или домашний шлюз сам по себе не поддерживает естественные для QoS механизмы передачи сигнала. Он запрашивает зависящий от типа приложения сервис путем посылки команды "запрос сервиса" контроллеру сервиса. Последний отвечает за определение QoS-нужд для запрошенного сервиса, чтобы запросить сетевую авторизацию у контроллера сетевых ресурсов, который затем запросит резервирование ресурсов у сети. Преимущество этого сценария в том, что не требуется резервирования ресурсов для возможности передачи сигнала у терминала пользователя, а также то, что можно работать с любым протоколом для запроса сервисной сессии. Недостаток в том, что всегда приходится идти через контроллер сервиса при любом запросе сервиса, включая запрос на изменение резервируемой полосы пропускания во время сессии.   Сценарий 1 поддерживает как однофазное, так и двухфазное резервирование. В первом случае сеть дает возможность конечному пользователю немедленно активировать и использовать сетевые ресурсы. Во втором случае контроллер сервиса сначала требует авторизации и резервирования для сети QoS-ресурсов; как только эти ресурсы зарезервированы, контроллер сервиса продолжает свой диалог с пользователем по поводу сервиса. Эта двухфазная модель гарантирует, что ресурсы сети доступа будут доступны до того, как сервис будет предложен пользователю.

Сценарий 2: предварительно авторизованный пользователь, запрашивающий QoS

         В этом случае терминал пользователя или домашний шлюз способен передать сигнал и управлять своими QoS-ресурсами, но требует предварительной авторизации запросов через контроллер сервиса. Пользователь требует сервис (зависящий от типа приложения) путем посылки запроса сервиса контроллеру сервиса, который отвечает за определение QoS-нужд запрошенного сервиса и за запрос сетевой авторизации у сетевого контроллера ресурсов. В этом случае терминал использует специальный сигнал для запроса резервирования ресурсов. Этот запрос может быть организован в сети доступа (с авторизацией с помощью контроллера сетевых ресурсов) или непосредственно с помощью контроллера сетевых ресурсов.

Сценарий 3: неавторизованный пользователь, запрашивающий QoS

         Здесь терминал пользователя или домашний шлюз способен передать сигнал и управлять QoS-ресурсами. Терминал посылает специальный сигнал для запроса резервирования ресурса контроллеру сетевых ресурсов.  Функциональная архитектура NGN с QoS должна поддерживать механизмы управления QoS в указанных трех сценариях. Управление/передача сигнала QoS в сети NGN должна использовать уже известные протоколы (например, RSVP, COPS и др.), чтобы выполнить требования управляющей функциональной архитектуры NGN QoS в конкретных сценариях.  Архитектура интегрированных услуг (IntServ).

 

7.4.        Резервирование сетевых ресурсов. Соглашение по уровню обслуживания

Integrated Service (IntServ, RFC 1633) – модель интегрированного обслуживания. Может обеспечить сквозное (End-to-End) качество обслуживания, гарантируя необходимую пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол сигнализации RSVP, позволяет приложениям выражать сквозные требования к ресурсам и содержит механизмы обеспечения данных требований. IntServ можно кратко охарактеризовать как резервирование ресурсов (Resource reservation).

Протокол RSVP

     Данный протокол позволяет приложениям посылать сигналы в сеть о своих QoS-требованиях для каждого потока. Чтобы определить количественные характеристики этих требований с целью управления доступом, используются служебные параметры.  Протокол RSVP применяется в приложениях с групповой рассылкой, таких как приложения аудио- и видеоконференций. Несмотря на то, что изначально протокол RSVP был ориентирован на мультимедийный трафик, с его помощью легко можно резервировать полосу пропускания для однонаправленного трафика, например для трафика сетевой файловой системы (Network File System – NFS) и управляющего трафика виртуальных частных сетей (Virtual Private Networks – VPN).   Протокол RSVP сигнализирует о запросах резервирования ресурсов по доступному маршрутизируемому пути в сети. При этом RSVP не производит собственную маршрутизацию; напротив, этот протокол был разработан для использования других, более мощных протоколов маршрутизации. Как и любой другой IР-трафик, при определении пути для данных и управляющего трафика RSVP полагается на применяемый в сети протокол маршрутизации.

 

Работа протокола RSVP

      Конечные системы используют протокол RSVP для запрашивания у сети определенного уровня QoS от имени потока данных приложения. RSVP-запросы передаются по сети при прохождении каждого узла, который применяется для передачи потока. Протокол RSVP пытается зарезервировать ресурсы для потока данных на каждом из этих узлов.   RSVP-совместимые маршрутизаторы помогают доставить нужные потоки данных в нужную точку назначения. На рис. 7.2 изображены основные модули, информация о потоке данных и информация об управляющих потоках клиента и маршрутизатора, поддерживающих протокол RSVP.

Рис. 7.2.  Основные модули RSVP

       Перед тем как зарезервировать ресурсы, RSVP-демон маршрутизатора соединяется с двумя локальными модулями принятия решения – модулем управления доступом (admission control) и модулем управления политикой (policy control). Модуль управления доступом определяет, имеет ли узел достаточно свободных ресурсов для обеспечения запрошенного уровня QoS. Модуль управления политикой определяет, есть ли у пользователя права для того, чтобы произвести резервирование. Если какая-либо из проверок не прошла, RSVP-демон отправляет сообщение об ошибке процессу приложения, которое создало запрос. Если обе проверки прошли нормально, RSVP-демон устанавливает параметры классификатора пакетов (packet classifier) и планировщика пакетов (packet scheduler) для получения нужного уровня QoS. Классификатор пакетов определяет класс QoS для каждого пакета, а планировщик пакетов управляет передачей пакетов, основываясь на их классе QoS. Взвешенный алгоритм равномерного обслуживания очередей (Weighted Fair Queuing – WFQ) и взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения (Weighted Random Early Detection – WRED) обеспечивают поддержку QoS на уровне планировщика. Алгоритмы WFQ и WRED рассмотрены ниже.

        Во время процесса принятия решения модулем управления доступом резервирование затребованной полосы пропускания производится только в том случае, если для запрашиваемого класса трафика достаточно оставшейся части. В противном случае запрос на доступ отклоняется, но трафик все равно передается с качеством обслуживания, определенным по умолчанию для данного класса трафика. Во многих случаях, даже если запрос на доступ отклонен на одном или нескольких маршрутизаторах, модуль все еще может реализовать приемлемое качество обслуживания, установив резервирование на перегруженных маршрутизаторах. Это возможно из-за того, что другие потоки данных могут не полностью использовать заказанную ими полосу пропускания.

        Резервирование всегда должно следовать по одному и тому же одноадресному пути или по многоадресному дереву. В случае выхода из строя линии связи маршрутизатор должен сообщить об этом RSVP-демону, чтобы генерируемые им RSVP-сообщения передавались по новому пути.

        Процесс установки резервирования можно разбить на пять отдельных шагов.  Отправители данных посылают управляющие сообщения RSVP PATH по тому же пути, по которому они отправляют обычный трафик с данными. В этих сообщениях описываются данные, которые уже отправляются или только будут отправляться.   Каждый RSVP-маршрутизатор перехватывает РАТН-сообщения, сохраняет IP-адрес предыдущей точки назначения, записывает вместо него свой собственный адрес и отправляет обновленное сообщение дальше по тому же пути, по которому передаются данные приложения.  Станции-получатели выбирают подмножество сеансов, для которых они получили РАТН-информацию и с помощью RSVP RESV-сообщения запрашивают RSVP-резервирование ресурсов у предыдущего маршрутизатора. RSVP RESV -сообщения идут от получателя к отправителю в противоположном направлении по маршруту, пройденному RSVP РАТН-сообщениями. RSVP-маршрутизаторы определяют, могут ли они удовлетворить эти RESV-запросы. Если нет, они отказывают в резервировании. Если да, то они объединяют полученные запросы на резервирование и отсылают запрос предыдущему маршрутизатору.  Отправители, получив запросы на резервирование ресурсов от соответствующих маршрутизаторов, считают резервирование ресурсов состоявшимся. Т.е реальное резервирование ресурсов осуществляется RESV-сообщениями. Механизм RSVP-резервирования схематически показан на рис. 7.3.

Рис. 7.3.  Механизм RSVP-резервирования ресурсов

RSVP-компоненты

       RSVP-компоненты выполняют следующие функции:  RSVP-отправитель (RSVP sender) – это приложение, инициирующее отправку трафика в RSVP-сеансе. Ниже перечислены спецификации потока, которые RSVP-отправители могут передавать по RSVP-сети:   средняя скорость передачи данных;   максимальный размер всплеска.

       По сети, состоящей из RSVP-совместимых маршрутизаторов (RSVP-enabled router network), прокладывается путь между RSVP-отправителями и RSVP-получателями.  RSVP-получатель (RSVP-receiver) – это приложение, которое получает трафик в RSVP-сеансе. Во время конференций или при передаче голоса по протоколу IP (Voice over IP – VoIP) приложение может играть роль и RSVP-отправителя, и RSVP-получателя. Ниже перечислены спецификации потока, который RSVP-получатели могут передавать по RSVP-сети:  средняя скорость передачи данных;   максимальный размер всплеска;  QoS, включая:  гарантированное обслуживание – в РАТН-сообщениях также описываются максимально возможные задержки в сети; обслуживание с управляемой нагрузкой – маршрутизаторы гарантируют только то, что сетевые задержки будут минимальными.

        Стили резервирования. RSVP-резервирование ресурсов для потока можно разбить на два главных типа: индивидуальное и общее.

        Индивидуальное резервирование. Индивидуальное резервирование (distinct reservations) применяется в тех приложениях, в которых несколько источников данных могут отправлять информацию одновременно. В видеоприложениях каждый отправитель генерирует индивидуальный поток данных, для которого необходимо осуществлять отдельное управление доступом и планирование очереди на всем пути к получателю. Следовательно, для такого потока необходимо осуществлять отдельное резервирование ресурсов для каждого отправителя и для каждого канала в пути.

        Самый простой случай индивидуального резервирования ресурсов наблюдается на примере приложения с одноадресным трафиком, где есть только один отправитель и один получатель.

       Общее резервирование (shared reservations) применяется в тех приложениях, в которых несколько источников данных не склонно передавать информацию одновременно, например цифровые аудиоприложения, такие как приложения VoIP. В этом случае, поскольку в любой отдельно взятый промежуток времени разговор ведет небольшое число людей, информация передается лишь небольшим ограниченным количеством отправителей. Такой поток не нуждается в отдельном резервировании ресурсов для каждого отправителя, для него нужно всего лишь одно резервирование, которое при необходимости можно будет применить к любому отправителю в группе.

        В терминах протокола RSVP такой поток называется общим потоком (shared flow); он устанавливается с помощью общего явного или группового резервирования. Стили резервирования рассматриваются ниже.

 При общем явном (Shared Explicit – SE) резервировании потоки, которые резервируют сетевые ресурсы, указываются отдельно.  С помощью группового фильтра (Wildcard Filter – WF) полоса пропускания и характеристики задержки могут быть зарезервированы для любого отправителя. Такой фильтр не позволяет задать отправителей отдельно – он принимает всех отправителей, на что указывает установка адреса источника и порта в ноль.

 

Типы услуг

      Протокол RSVP предоставляет два типа интегрированных услуг, которые получатели могут запрашивать с помощью сообщений RSVP RESV: службу регулируемой нагрузки и службу гарантированной битовой скорости.

 

Регулируемая нагрузка

       Служба регулируемой нагрузки (controlled load service) обеспечивает гарантию того, что зарезервированный поток достигнет своего пункта назначения с минимальным вмешательством со стороны трафика, доставляемого без гарантий. Более того, в реализации этой услуги компанией Cisco предусмотрена изоляция отдельных зарезервированных потоков. Изоляция потока позволяет исключить влияние других присутствующих в сети зарезервированных потоков при резервировании ресурсов. Как правило, служба регулируемой нагрузки применяется при передаче трафика Internet-приложений, чувствительных к перегрузкам в сети. Такие приложения отлично работают в незагруженных сетях, но сразу "приходят в негодность" при перегрузке. Примером может служить приложение, работающее по протоколу FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов).

Гарантированная битовая скорость. Служба гарантированной битовой скорости (guaranteed bit rate service) обеспечивает ограничение задержки без отбрасывания дейтаграмм, удовлетворяющих параметрам трафика, в условиях отсутствия сбоев в работе сетевых компонентов или изменений в информации о маршрутах во время жизни потока. Эта служба гарантирует минимальное вмешательство со стороны трафика, доставляемого без гарантий, изоляцию зарезервированных потоков и числовое выражение максимальной задержки.

        Служба гарантированной битовой скорости может обеспечить только максимальную, но не минимальную или среднюю задержку дейтаграмм.

        Максимальная задержка очереди – это кумулятивная задержка передачи РАТН-сообщения от источника до получателя. РАТН-сообщение содержит информацию о задержке на всем пути от источника до получателя и в любое время предоставляет получателю ее точную оценку. Получатель использует информацию о задержке во время запроса гарантированного обслуживания.

        Служба гарантированной битовой скорости лучше всего подходит для тех приложений масштаба реального времени, которые позволяют воспроизводить аудио- и видеофайлы. Службы регулируемой нагрузки и гарантированной битовой скорости используют корзину маркеров для описания параметров потока данных.

       Корзина маркеров – это механизм регулирования интенсивности трафика, определяющий среднюю скорость (средний объем данных, который можно передать за единицу времени), размер всплеска (объем данных, который можно отправить в течение заданного промежутка времени без ущерба для планирования очереди) и интервал измерения (квант времени).

       При использовании обеих служб получатель запрашивает в RESV-сообщении определенную битовую скорость и размер всплеска. Планировщик WFQ и механизм управления очередью WRED с предпочтительным весом гарантируют, что трафик достигнет получателя через строго определенное время.

Масштабируемость протокола RSVP. Недостатком протокола RSVP  является то, что объем требуемой информации о состоянии потоков увеличивается с ростом числа резервирований ресурсов для потоков трафика.

        Так как в Internet-магистрали в любое время могут существовать многие сотни тысяч одноадресных и многоадресных потоков, использование информации о состоянии каждого потока считается неподходящим решением для магистралей Internet.

Архитектура дифференцированных услуг DiffServ

       В 1998 году организация IETF сформировала рабочую группу по созданию дифференцированных услуг (diffserv Working Group). Архитектурную модель diffserv можно сравнить с мостом, соединяющим механизм гарантированного качества обслуживания модели intserv с механизмом негарантированной доставки трафика. Модель diffserv обеспечивает дифференцирование трафика путем его разбивки на классы с различным приоритетом.

       Главной задачей подхода diffserv является определение стандартизированного байта дифференцированной услуги (DS) – байта типа обслуживания (Type of Service – ToS) из заголовка пакета IPv4 и байта класса трафика (Traffic Class) пакета IPv6. От данной маркировки зависит принятие решения о продвижении пакета данных на каждом переходе (per-hop behavior – РНВ), т.е. в каждом промежуточном узле.

       Архитектура дифференцированных услуг обеспечивает базовую основу (A Framework for Differentiated Services/Bemet Y. et al, Internet Draft), которая может быть использована поставщиками услуг для предоставления своим клиентам большого диапазона различных предложений в зависимости от предъявляемых требований к качеству обслуживания. Клиент может выбрать требуемый уровень услуг путем установки соответствующего значения поля кода дифференцированной услуги (Differentiated Services Code Point – DSCP) для пакетов определенного приложения. Код дифференцированной услуги определяет цепочку решений о продвижении пакета в каждом промежуточном узле сети поставщика услуг (РНВ-политика).

Рис. 7.4.  Архитектура метода DiffServ

         РНВ-политика – политика пошагового обслуживания, определяет поведение сетевого узла в отношении пакетов с определенным значением поля кода дифференцированной услуги (DSCP). Все пакеты потока трафика со специфическим требованием к обслуживанию несут в себе одно и то же значение поля DSCP.

 

Таблица 7.3

Функциональные блоки архитектуры дифференцированных услуг

Функциональный блок	Расположение	Функция	Действие
Формирователи трафика	Входной интерфейс пограничного маршрутизатора diffserv-домена	Классификация пакетов, выравнивание и ограничение трафика	Ограничение входящего трафика и установка значения поля DSCP на основе профиля трафика
Устройства, реализующие РНВ-политику	Все маршрутизаторы diffserv-домена	Распределение ресурсов и политика обрасывания пакетов	РНВ-политика обработки пакетов определяется на основе характеристик качества обслуживания соответствующих заданному значению поля DSC

      Все узлы внутри diffserv-домена определяют РНВ-политику, которая должна быть применена к пакету на основе хранящегося в нем значения поля кода дифференцированной услуги. Кроме того, пограничные узлы diffserv-домена выполняют важную функцию формирования поступающего в diffserv-домен трафика. Формирование трафика включает в себя выполнение таких функций, как: классификация пакетов (установка значения поля DSCP);  ограничение трафика.

       Формирование трафика обычно выносится на входной интерфейс поступающих в diffserv-домен пакетов. Формирование играет решающую роль в управлении поступающим в diffserv-домен трафиком, поскольку в этом случае для каждого пакета сеть может определить соответствующую ему РНВ-политику.  

Формирователи трафика, расположенные на границе сети

       Формирователи трафика – это различные функции качества обслуживания, которые должны быть реализованы в пограничных устройствах сети. Граничные функции классифицируют или маркируют трафик путем установки соответствующего значения поля DSCP, а также проводят мониторинг входящего в сеть трафика с целью проверки его соответствия установленному профилю.

      Код дифференцированной услуги представляет собой поле, на основании значения которого определяется способ обработки пакета в diffserv-домене. В качестве обрабатывающей трафик функции может выступать функция классификации пакетов, функция маркировки DSCP-поля или же функция дозирования трафика, наделенная либо полномочиями выравнивания трафика, либо полномочиями отбрасывания пакетов.

Классификатор пакетов

       Классификатор пакетов выбирает пакет из потока трафика на основании анализа части содержимого заголовка пакета. Наиболее распространенный способ классификации пакетов заключается в анализе поля DSCP, однако теоретически возможна классификация пакета на основании значения других полей его заголовка. Функция классификации пакета определяет соответствующий этому пакету класс трафика.

Маркер

       Эта функция предназначена для записи/перезаписи поля DSCP в зависимости от класса трафика, к которому относится данный пакет.

Дозирование трафика

       Функция дозирования проверяет трафик на соответствие заданному профилю на основании дескриптора трафика, такого как корзина маркеров. Результаты проверки передаются функции маркировки трафика, а также либо функции выравнивания трафика, либо функции отбрасывания пакетов — для принятия соответствующего решения в отношении "плановых" и "внеплановых" пакетов.

Функция выравнивания трафика

       Функция выравнивания трафика (traffic shaping) осуществляет задержку пакетов путем их буферизации с целью удовлетворения параметров заданного профиля.

Функция отбрасывания пакетов

        Функция отбрасывания пакетов осуществляет отбрасывание всех пакетов, не удовлетворяющих параметрам заданного профиля трафика. Это действие часто называют также ограничением трафика (traffic policing).

РНВ-политика

      Сетевые узлы с поддержкой дифференцированного обслуживания используют поле DSCP в заголовке IP-пакета для определения соответствующей этому пакету РНВ-политики.  РНВ-политика может быть определена в терминах приоритета в предоставлении ресурсов по отношению к другим РНВ-политикам или же с помощью таких измеряемых характеристик трафика, как задержка пакетов, уровень потери пакетов или дрожание трафика. В некоторой степени РНВ-политику можно рассматривать как своеобразный "черный ящик", поскольку она определяет некоторое наблюдаемое извне поведение сетевого узла в отношении поступающих пакетов, не навязывая при этом конкретную реализацию. В качестве стандартной РНВ-политики в diffserv-сети можно рассматривать негарантированную доставку трафика. В соответствии с архитектурой дифференцированного обслуживания каждой РНВ-политике рекомендуется назначить определенный код DSCP, однако поставщик услуг волен выбрать отличные от рекомендованных значения поля DSCP для своей собственной сети. Рекомендованное значение поля DSCP для политики негарантированной доставки пакетов равняется 000 000.

       РНВ-политика, соответствующая определенному классу трафика, зависит от целого ряда факторов: интенсивность входного потока или нагрузки для заданного класса трафика. Этот параметр контролируется пограничным формирователем трафика;  распределение ресурсов для заданного класса трафика. Этот параметр контролируется функциями распределения ресурсов, реализованными в узлах diffserv-домена;  уровень потери трафика. Этот параметр зависит от политики отбрасывания пакетов, проводимой в узлах diffserv-домена.

      Существуют две стандартные РНВ-политики – РНВ-политика немедленной передачи (EF РНВ) и РНВ-политика гарантированной доставки (AF РНВ). РНВ-политика немедленной передачи пакетов (Expedited Forwarding РНВ – EF РНВ).   Bспользуется для обеспечения сквозного обслуживания пакетов в узлах diffserv-домена, характерными чертами которого являются низкий уровень потери пакетов, малая задержка, незначительное дрожание трафика, а также гарантированная полоса пропускания. Политика EF РНВ применяется для обслуживания трафика таких приложений, как передача голоса по сетям IP (Voice over IP – VoIP), приложений видеоконференций, а также для обеспечения таких услуг, как передача информации по виртуальным арендуемым каналам, поскольку эта услуга представляет собой двухточечное соединение конечных узлов diffserv-домена. Подобный тип обслуживания достаточно часто называют также услугами высокого класса (premium service).  Один из способов избежать задержки пакетов, связанной с возникновением больших очередей, – ограничение максимальной интенсивности входного потока трафика минимальной интенсивностью его выходного потока. РНВ-политика немедленной передачи пакетов предусматривает установку значения интенсивности выходного потока трафика, в то время как интенсивность входного потока контролируется формирователями трафика, реализованными в пограничных устройствах сети.

       Поскольку в соответствии с политикой EF РНВ входящие пакеты не должны образовывать очередь (допускается очередь очень малого размера), интенсивность исходящего потока трафика должна быть равной интенсивности входящего потока или превышать ее. Следует отметить, что интенсивность исходящего потока (полоса пропускания) не должна зависеть от других потоков трафика. Как правило, интенсивность входящего и исходящего потоков измеряется с интервалами, равными времени, которое требуется для передачи MTU-пакета (пакета максимального размера, который может быть передан через интерфейс маршрутизатора) по данной линии связи.

       Маршрутизатор может выделить ресурсы, достаточные для обеспечения определенной интенсивности исходящего трафика для заданного интерфейса, путем использования различных функциональных реализаций политики EF РНВ. Когда речь идет о передаче трафика через перегруженный сегмент сети (а это предполагает наличие больших накопленных очередей), данная функциональная возможность может быть реализована за счет применения различных механизмов обслуживания очередей.

РНВ-политика гарантированной доставки пакетов (AF РНВ)

      РНВ-политика гарантированной доставки пакетов (Assured Forwarding РНВ – AF РНВ) представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов, полученных из diffserv-домена клиента. Политика AF РНВ является приемлемой для большинства ТСР-приложений.

      РНВ-политика гарантированной доставки пакетов подразумевает наличие различных уровней обслуживания для каждого из четырех классов AF-трафика. Каждому классу AF-трафика соответствует собственная очередь пакетов, что позволяет проводить эффективное управление полосой пропускания. Каждый класс AF-трафика характеризуется тремя уровнями приоритета отбрасывания пакетов (низкий, средний и высокий), что позволяет реализовать механизм управления очередью по типу механизма произвольного раннего обнаружения (Random Early Detection – RED).

      Политика AF РНВ представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов в зависимости от значения поля DSCP.

     Существует три решения формирования политики PHB: инициализация сети; сигнализация о качестве обслуживания; диспетчер политик. Инициализация сети.  Один из способов распределения ресурсов заключается в инициализации ресурсов сети с использованием эвристических методов или техники систематического моделирования. Следует отметить, что этот метод может быть применен только в сетях небольшого размера, для которых политики QoS и профили трафика остаются неизменными на протяжении достаточно долгого промежутка времени.

Сигнализация о качестве обслуживания

      В соответствии с этим методом реализации РНВ-политики приложения извещают сеть о требованиях к качеству обслуживания с помощью сигнального протокола RSVP . С точки зрения протокола RSVP diffserv-домен рассматривается как еще одно звено сети, требующее управления доступом.

Диспетчер политик QoS

      Определение политики обусловливает выбор уровней QoS, применяемой к потоку трафика. Политики назначаются с помощью протокола распространения политик – COPS (Common Open Policy Service) разработанного группой IETF.

Механизмы обработки очередей FIFO

      Элементарная очередь с последовательным прохождением пакетов, работающая по принципу "первым пришел – первым ушел" (first-in first-out – FIFO). По сути, здесь нет никакой приоритезации.

PQ. Очереди приоритетов

      Priority Queuing (PQ) обеспечивает безусловный приоритет одних пакетов над другими. Всего 4 очереди: high, medium, normal и low. Обработка ведется последовательно (от high до low), начиная с высокоприоритетной очереди, и до ее полной очистки не переходит к менее приоритетным очередям. Таким образом, возможна монополизация канала высокоприоритетными очередями. Трафик, приоритет которого явно не указан, попадет в очередь по умолчанию (default).

CQ. Произвольные очереди

        Custom Queuing (CQ) обеспечивает настраиваемые очереди. Предусматривается управление долей полосы пропускания канала для каждой очереди. Поддерживается 17 очередей. Системная 0 очередь зарезервирована для управляющих высокоприоритетных пакетов (маршрутизация и т.п.) и пользователю недоступна.

       Очереди обходятся последовательно, начиная с первой. Каждая очередь содержит счетчик байтов, который в начале обхода содержит заданное значение и уменьшается на размер пакета, пропущенного из этой очереди. Если счетчик не 0, то пропускается следующий пакет целиком, а не его фрагмент, равный остатку счетчика.

WFQ. Взвешенные справедливые очереди

      Weighted Fair Queuing (WFQ) автоматически разбивает трафик на потоки (flows). По умолчанию их число равно 256, но может быть изменено. Если потоков больше, чем очередей, то в одну очередь помещается несколько потоков. Принадлежность пакета к потоку (классификация) определяется на основе ToS, IP-адреса источника, IP-адреса назначения, порта источника и порта назначения (протокол IP). Каждый поток использует отдельную очередь. Обработчик WFQ (scheduler) обеспечивает равномерное (fair – справедливое) разделение полосы между существующими потоками. Для этого доступная полоса делится на число потоков, и каждый получает равную часть. Кроме того, каждый поток получает свой вес (weight), с некоторым коэффициентом обратно пропорциональный IP-приоритету (TOS). Вес потока также учитывается обработчиком.

       В итоге WFQ автоматически справедливо распределяет доступную пропускную способность, дополнительно учитывая ToS. Потоки с одинаковыми IP-приоритетами ToS получат равные доли полосы пропускания; потоки с большим IP-приоритетом – большую долю полосы. В случае перегрузок ненагруженные высокоприоритетные потоки функционируют без изменений, а низкоприоритетные высоконагруженные – ограничиваются.  Вместе с WFQ работает RSVP . По умолчанию WFQ включается на низкоскоростных интерфейсах. WRED. Взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения

        Взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения (Weighted Random Early Detection – WRED) предоставляет различные уровни обслуживания пакетов в зависимости от вероятности их отбрасывания и обеспечивает избирательную установку параметров механизма RED на основании значения поля IP-приоритета. Другими словами, алгоритм WRED предусматривает возможность более интенсивного отбрасывания пакетов, принадлежащих определенным типам трафика, и менее интенсивного отбрасывания всех остальных пакетов. CBWFQ. Class Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) соответствует механизму обслуживания очередей на основе классов. Весь трафик разбивается на 64 класса на основании следующих параметров: входной интерфейс, лист доступа (access list), протокол, значение DSCP, метка MPLS QoS.

      Общая пропускная способность выходного интерфейса распределяется по классам. Выделяемую каждому классу полосу пропускания можно определять как в абсолютном значении (bandwidth в kbit/s) или в процентах (bandwidth percent) относительно установленного значения на интерфейсе.

      Пакеты, не попадающие в сконфигурированные классы, попадают в класс по умолчанию, который можно дополнительно настроить и который получает оставшуюся свободной полосу пропускания канала. При переполнении очереди любого класса пакеты данного класса игнорируются. LLQ. Low Latency Queuing (LLQ) – очередность с низкой задержкой. LLQ можно рассматривать как механизм CBWFQ с приоритетной очередью PQ (LLQ = PQ + CBWFQ).  PQ в LLQ позволяет обеспечить обслуживание чувствительного к задержке трафика. LLQ рекомендуется в случае наличия голосового (VoIP) трафика. Кроме того, он хорошо работает с видеоконференциями.

 

Контрольные вопросы

1.                Понятие о качестве услуг телекоммуникации.

2.                Оценка, классы, показатели оценивания качества обслуживания.

3.                Что означает дифференцированное обслуживание.

4.                Классы качества передачи речи в соответствии с подходом ETSI.

5.                Сколько классов определяет документ ETSI TS 102 024 – 2, разработанный в рамках проекта TIHPON (Release 5, сентябрь 2003 г.).

6.                Механизмы обеспечения  качества обслуживания  в пакетных сетях.

7.                Способы резервирования сетевых ресурсов.

8.                Соглашение по уровню обслуживания.

Лекция 8

 

Транспортный уровень конвергентных сетей нового поколения. Многопротокольная архитектура транспортных сетей

 

План лекции

 

8.1. Общие принципы построения транспортного уровня конвергентных сетей следующего поколения.

8.2. Использование IP технологий.

8.3. Многопротокольная  архитектура  транспортных сетей.

 

8.1. Общие принципы построения транспортного уровня конвергентных сетей следующего поколения

1. Транспортая сеть является развитием первичной сети при переходе от коммутации каналов к коммутации пакетов. 2. Транспортая сеть является каркасом современной сети NGN. Она представляет собой средство для соединения  пользователей и приложений. 3. В первичной сети основная функция сводилась к образованию стандартного аналогового или цифрового канала между двумя точками сети, а транспортная сеть  формирует канал передачи данных между двумя точками  подключения пользователей NGN.  NGN  привносит следующие особенности: вместо типового канала первичной сети  используется канал передачи данных, который может быть установлен на основе технологии «виртуального канала», или «виртуальной трубы» в случае использования принципа дейтаграммной передачи. В сети могут  присутствовать  как соединений «точка-точка», что может трактоваться как канал, так и соединения  «точка-многоточка» и даже «многоточка-многоточка», что нельзя уже рассматривать как канал.

 

 

Рис.  8.1.  Взаимодействие сетей доступа через транспортную сеть.

 

4.                «Виртуальные трубы» могут быть симметричными и ассиметричными по объему передаваемого трафика. 5. В отличие от сетей доступа, которые разворачиваются  «по месту», транспортная сеть строится запланировано, в соответствии  со стратегией развития опереатора.

Перечисленные пункты могут быть дополнены. Технология транспортной сети эта технология, которая позволяет перераспределять по сети собранный сетями доступа трафик. На рис.8.1.  представлена модель функционирования транспортной сети, согласно которой потребителями ресурсов транспортной сети являются сети доступа. Сети доступа собирают трафик от пользователей NGN и взаимодейстуют  друг с другом через транспортную сеть. Из этой модели мы получаем самый важный вывод, определяющий  ценность технических решений в области транспортных сетей: Основное назначение  транспортной сети заключается в обслуживании трафика данных NGN.  Для обслуживания трафика  транспортная сеть должна обеспечивать следующие процедуры, принятые в NGN: распределение трафика, выравнивание нагрузки, маршрутизацию трафика по связям различной топологии («точка-точка», «точка-многоточка» и пр.), дублирование трафика, мультиплексирование (объединение) и демультиплексирование (разделение) и т.д. Чем успешнее обслуживает  технология транспортной сети пакетный трафик, тем эффективнее техническое решение.

 

 

8.2. Использование IP технологий

Транспортная сеть строится на основе  IP  технологий. Исторический путь развития технологии IP указывает на то, что мир этой технологии является очень разнообразным и динамичным. В нем присутствуют  самые разные концепции и технологии.Для понимания принципов функционирования сетей на основе IP   целесообразно использовать  несколько ключей к пониманию этой технологии.

Рис.8.2. Современная концепция  транспортной сети NGN

Первым ключом является деление технологии транспортной сети на основе IP  на несколько уровней согласно модели OSI. Физический уровень  представлен волоконно-оптическими системами передачи (ВОСП) на основе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Поверх него размещается оборудование оптического  мультиплексирования (WDM, DWDM). Выше уровня WDM находятся системы  оптической коммутации, где с помощью специальных устройств оптический сигнал коммутируется  и в дальнейшем распространяется по другому волокну или в другом диапазоне волн без  аналогово-цифровых преобразований, поскольку здесь данные передаются  непосредственно в виде цифрового сигнала.

Основной технологией физического уровня должны быть ВОСП. Современные требования по передаче пакетного трафика ориентированы на скорость передачи данных более  10 Гбит/с. Такую скорость  передачи может обеспечить только оптоволоконная технология, т.е. ВОСП.

Технология WDM, DWDM оптимизирует использование оптических кабелей за счет системы спектрального  мультиплексирования, позволяющей формировать несколько цифровых каналов широкополосной передачи на одном оптическом волокне. Системы оптической коммутации дополняют эту систему, обеспечивая коммутацию сигналов с одной длины волны на другую. Тем самым эффективность ВОСП выходит на уникально высокие показатели.

 На канальном уровне транспортных сетей применяются различные технологии, которые позволяют загрузить данные по протоколу IP в ВОСП на физическом уровне. Как показано на рис.8.2., в качестве возможных вариантов могут применяться технологии NGSDH,  сети Ethernet и Gigabit Ethernet (GE), уже развернутые сети ATM и Frame Relay, а также стек технологий систем хранения информации (SAN), куда входят технологии  Fiber Channel, FICON,  ESCON.

Все решения объединяются на сетевом уровне, который включает в себя два подуровня. На нижнем подуровне данные от различных систем канального уровня  преобразуются в дейтаграммы единого формата IP, верхний подуровень объединяет  различные решения  в части организации  маршрутизации полученных дейтаграмм.

Завершает модель транспортный уровень, где дейтаграммы IP собираются в кадры TCP или UDP, которые собственно и передаются по транспортной сети. Дальнейшие уровни модели OSI уже являются уровнями  управления и услуг.

Не существует четкого деления технических решений по уровням OSI: некоторые технологии выполняют функции одновременно несколько уровней,  другие только отдельных уровней или даже подуровней.

Физический и канальный уровень, как решения подуровня опорных сетей, включает в себя технологии ВОЛС, WDM, NGSDH, оптической коммутации и магистрального Ethernet. Выше этого подуровня вводится подуровень пакетной коммутации. Над ним размещен  подуровень маршрутизации, а выше выделен подуровень транспортной сети, который уже полностью соответствует транспортному уровню модели OSI.

В основе технологии IP лежит принцип использования дейтаграмм для передачи информации. Формат дейтаграммы IP имеет ключевое значение, поскольку эта структура  обеспечивает унифицированную передачу данных по транспортной сети NGN. Дейтаграмма состоит из заголовка и поля данных.

 

8.3. Многопротокольная  архитектура  транспортных сетей

Современная транспортная сеть NGN, построенная на основе технологии IP, помимо уже рассмотренных протоколов маршрутизации, использует огромное количество  различных протоколов и их модификаций. Наиболее популярные протоколы транспортной сети IP представлены на рис. 8.3. с указанием различных внутренних связей между ними. По сравнению  с традиционными сетями, построенными на принципах коммутации каналов и по этой причине топологически простых, транспортные сети NGN оказываются существенно более многообразными по решаемым задачам. Например,  в транспортной сети должны быть предусмотрены не только связи «точка-точка», но и «точка-многоточка», «точка-все пользователи» , а также  «многоточка-многоточка» с различными режимами выбора участников  связи и компенсацией дубликатов. Поэтому для обеспечения функционирования транспортной сети в разных режимах используются разные протоколы.

Рис.8.3. Протоколы современной транспортной сети

Каждый из указанных на рисунке протоколов представляет  собой цельную технологию со своими форматами сообщений, принципами обмена сигналами, информационными полями, множеством модификаций и приложений.

Все рассмотренные выше протоколы можно разделить на несколько классов:

1.                Протоколы туннелирования уровня 2, обеспечивающие создание в транспортной сети «виртуальных труб», или туннелей для передачи трафика.

2.                Пртоколы маршрутизации трафика уровня 3, обеспечивающие различные топологические схемы маршрутизации трафика, в том числе и на основе принципов адаптивной маршрутизации.

3.                Протоколы, обеспечивающие определенный уровень качества передачи данных в транспортной сети.

4.                Протоколы групповой рассылки, используемые  для реализации схем переноса трафика «точка-многоточка», в том числе и с использованием адаптивных алгоритмов.

5.                Управляющие протоколы, поддерживающие различные процедуры управления работой транспортной сети на уровнях 2-3.

6.                Протоколы транспортного уровня, обеспечивающие контроль связности передаваемых данных.

Рис.8.4. Типовая структура транспортной сети NGN

Транспортная сеть является опорной, поэтому к ней предъявляются высокие требования по обеспечению надежности, производительности и управляемости. В состав транспортной сети NGN могут входить:

1.                Транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации.

2.                Оконечные узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети.

3.                 Контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки  информации сигнализации, управления вызовами и соединениями.

4.                 Шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи (ТфОП, СПД, СПС).

  Маршрутизатор — устройство с тремя уровнями; он работает на физическом уровне, канальном уровне звена (уровне звена передачи данных) и сетевом уровне. Как устройство физического уровня, он восстанавливает сигнал, который он получает. Как устройство уровня звена передачи данных, маршрутизатор проверяет физические адреса (источник и пункт назначения), содержащиеся в пакете. Как устройство сетевого уровня, маршрутизатор проверяет адреса сетевого уровня (адреса в уровне IP).

         Маршрутизатор может: соединять локальные сети; соединять вместе сети общего назначения; подключить локальные сети к сетям общего назначения. Другими словами, маршрутизатор — устройство межсетевого обмена; он соединяет вместе независимые сети, чтобы формировать сеть Internet. Согласно этому определению, сети, соединяемые маршрутизатором, становятся Internet-сетью, или Internet.

       Есть три главных отличия между маршрутизатором и ретранслятором или мостом:  Маршрутизатор имеет физический и логический (IP) адрес для каждого из его интерфейсов.  Маршрутизатор действует только на тех пакетах, в которых адрес получателя соответствует адресу интерфейса, куда пакет прибывает. Это истинно для однонаправленного, группового или широковещательного адреса. Маршрутизатор изменяет физический адрес пакета (и источник, и пункт назначения), когда он передает пакет вперед.

         Рассмотрим пример. На рис.8.5, мы показываем две сети LAN, разделенных маршрутизатором. Левая LAN имеет два сегмента, отделенные мостом. Маршрутизатор изменяет источник и адреса получателя пакета. Когда пакет перемещается в левую LAN, его исходный адрес — это адрес передающей станции; его адрес получателя — это адрес маршрутизатора. Когда тот же самый пакета перемещается во вторую LAN, его исходный адрес — адрес маршрутизатора, и его адрес получателя — адрес заключительного пункта назначения. Маршрутизаторы направляют пакеты среди множества связанных сетей. Они направляют пакеты от одной сети до любого множества потенциальных сетей пункта назначения на Internet.

Рис. 8.5. Пример маршрутизации

       Маршрутизаторы действуют на сети подобно станциям. Но в отличие от большинства станций, которые включаются только в одну сеть, маршрутизаторы адресуются и подключены к двум или более сетям. О маршрутизаторах и процедуре маршрутизации более подробно можно будет узнать в главах, посвященных сети Интернет.

 

 

Контрольные вопросы

 

1.                Общие принципы построения транспортного уровня конвергентных сетей следующего поколения.

2.                Использование IP технологий.

3.                Формат дейтаграммы IP.

4.                Использование других транспортных протоколов в конвергентных сетях следующих поколений.

5.                Многоуровневая архитектура  транспортного уровня.

6.                Функции маршрутизаторов и коммутаторов транспортного уровня конвергентных сетях следующих поколений.

 

Лекция 9

 

Уровень управления конвергентных сетей нового поколения. Многоуровневая архитектура Softswitch

 

План лекции

 

9.1. Основные функции, принципы построения и архитектура уровня управления.

9.2. Многоуровневая архитектура Softswitch.

9.3.  Основные функции  оборудования Softswitch.

 

9.1. Основные функции, принципы построения и архитектура уровня управления

         Термин "Softswitch " был придуман при разработке интерфейса между интерактивной речевой системой (IVR) и АТС с коммутацией каналов в операторской компании MCI. На данном этапе развития Softswitch исполнял функции контроллера транспортного шлюза MGC (Media Gateway Controller) и Call Agent. Также на базе разработок специалистов из компаний Bellcore и Level3 Communication в IETF была создана первая спецификация протокола управления шлюзами MGCP (Media Gateway Control Protocol), которая является одной из ветвей родословной Softswitch. Другой предшественник Softswitch – привратник GK. На сегодняшний момент существует достаточное количество определений Softswitch, поэтому, для лучшего понимания, разумнее перечислить основные функции Softswitch.

·  Управление обслуживанием вызовов, т.е. установлением и разрушением соединений путем выполнения функции Call Agent. Данные функции гарантируют, что соединение сохранится до тех пор, пока не даст отбой вызвавший или вызываемый абонент. Также в число функций входят распознавание и обработка цифр номера, распознавание момента ответа вызываемой стороны, момента, когда один из абонентов кладет трубку, и регистрация этих действий для начисления платы.

·  Управление транспортными шлюзами и шлюзами доступа по протоколу Н.248 и ему подобными.

·  Координация обмена сигнальными сообщениями между сетями, т.е. поддержка функций SG (Signaling Gateway). Иначе говоря, Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими сетями в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях, чтобы они были поняты на обеих сторонах несхожих сетей.

Softswitch class IV и class V

       На сегодняшний день Softswitch принято разделять по наличию/отсутствию абонентской базы и взаимодействия с аппаратами конечных пользователей.

        Softswitch class IV — предназначен для организации транзитного центра в некоторых операторских сетях. Он осуществляет маршрутизацию и распределение вызовов в IP сетях на магистральном уровне, обеспечивая транзит и перераспределение трафика, получаемого от региональных сегментов.

        Softswitch class V — программные коммутаторы 5 класса отличаются возможностью работы непосредственно с конченными абонентами сети и предоставляют им как транспортные услуги, так и дополнительные виды обслуживания (ДВО).

Ситуация на рынке

       Одним из наиболее популярных бесплатных Softswitch является Asterisk и его производные (Elastix, TrixBox). Среди систем с открытым кодом известны yate и набирающий популярность FreeSWITCH. Созданием программных коммутаторов Softswitch для сетей связи следующего поколения (NGN) занимаются многие известные компании: Nokia Siemens Networks, Alcatel-Lucent, Ericsson, Siemens Enterprise Communications, Nortel, Cisco, Huawei, Samsung и другие.

Soft Switch ZXSS10 SS1b

Рис.9.1.  Топология конвергентной сети следующего поколения

                                    ZXSS10 SS1b Soft switch

Рис.9.2. Внешний вид программного коммутатора ZXSS10 SS1b Soft switch

Функции: Управление обработкой вызовов,  Адаптация протоколов уровня доступа,  Взаимодействие с другими системами,  Поддержка уровня приложений

      Емкость: Максимальная емкость сигнальных линков: 1,000,000,  Максимальная абонентская емкость:  2,000,000,  Максимальная нагрузка: 3M ЧНН/полк. Надежность: Максимальное время восстановления: меньше 3 мин. Протоколы: Управление медиа (H.248, SIP, MGCP), Обработка вызовов (ISUP/TUP over IP, SIP-T, H.323, BICC),  Уровень приложений (INAP(CS2), RADIUS ).

 

NGN сеть основана на стандартных протоколах

Рис.9.3. Стандартные протоколы конвергентных сетей следующих поколений

         NGN протоколы:  Media Gateway Control Protocol – протокол контроля за медиа шлюзами  H248,  Call Control Protocol – протокол контроля вызовами  SIP, Signaling Transmission Protocol – протокол передачи сигнализации  SIGTRAN,  System Support Protocol – протокол поддержки системы  SNMP

H.248/ SIGTRAN протокол

Рис.9.4. Использование протоколов H.248/ SIGTRAN

 Рис.9.5. Использование протокола  H.248

Рис.9.6. Использование протокола SIP

Рис.9.7. Подключение оборудования к устройству Softswitch

9.2. Многоуровневая архитектура Softswitch

 

Рис. 9.8.  Декомпозиция АТС и Softswitch

Рис. 9.9.  Эталонная архитектура Softswitch

      Дорогостоящие традиционные АТС в единой структуре объединяют функции коммутации, функции управления обслуживанием вызовов, услуги и приложения, а также функции биллинга. Такая АТС представляет собой монолитную, закрытую системную структуру, как правило, не допускающую расширения или модернизации на базе оборудования других производителей.

         Революционное изменение принес Softswitch. Он в корне изменил традиционную закрытую структуру систем коммутации, используя принципы компонентного построения сети и открытые стандартные интерфейсы между тремя основными функциями: коммутации, управления обслуживанием вызовов, услуг и приложений. В такой открытой, распределенной структуре могут применяться функциональные компоненты разных производителей (рис. 9.8).

Согласно эталонной архитектуре Softswitch, разработанной консорциумом IPCC (International Packet Communication Consortium), в ней предусматривается четыре представленные на рис. 9.9 функциональные плоскости: транспортная; управления обслуживанием вызова и сигнализации; услуг и приложений; эксплуатационного управления.

Транспортная плоскость

        Транспортная плоскость (Transport Plane) отвечает за транспортировку сообщений по сети связи. Этими сообщениями могут быть сообщения сигнализации, сообщения маршрутизации для организации тракта передачи информации или непосредственно пользовательские речь и данные. Расположенный под этой плоскостью физический уровень переноса сообщений может базироваться на любой технологии, которая соответствует требованиям к пропускной способности для переноса трафика этого типа. Транспортная плоскость обеспечивает также доступ к сети IP-телефонии сигнальной и/или пользовательской информации, поступающей со стороны других сетей или терминалов. Как правило, устройствами и функциями транспортной плоскости управляют функции плоскости управления обслуживанием вызова и сигнализации. Сама транспортная плоскость делится на три домена: домен транспортировки по протоколу IP; домен взаимодействия; домен доступа, отличного от IP.

          Домен транспортировки по протоколу IP (IP transport domain) поддерживает магистральную сеть и маршрутизацию для транспортировки пакетов через сеть IP-телефонии. К этому домену относятся такие устройства, как коммутаторы, маршрутизаторы, а также средства обеспечения качества обслуживания (QoS).

        Домен взаимодействия (Interworking Domain) включает в себя устройства преобразования сигнальной или пользовательской информации, поступающей со стороны внешних сетей, в вид, пригодный для передачи по сети IP-телефонии, а также обратное преобразование. В этот домен входят такие устройства, как шлюзы сигнализации (Signaling Gateways), обеспечивающие преобразование сигнальной информации между разным транспортными уровнями; транспортные шлюзы, или медиашлюзы (Media Gateways), выполняющие функции преобразования пользовательской информации между разными транспортными сетями и/или разными типами мультимедийных данных; шлюзы взаимодействия (Interworking Gateways), обеспечивающие взаимодействие различных протоколов сигнализации на одном транспортном уровне.

         Домен доступа, отличного от IP (Non-IP Access Domain), предназначен для организации доступа к сети IP-телефонии различных IP-несовместимых терминалов. Он состоит из шлюзов Access Gateways для подключения учрежденческих АТС, аналоговых кабельных модемов, линий xDSL, транспортных шлюзов для мобильной сети радиодоступа стандарта GSM/3G, а также устройств интегрированного абонентского доступа IAD (Integrated Access Devices) и других устройств доступа. IP-терминалы непосредственно подключаются к домену транспортировки по протоколу IP без участия Access Gateway.

Плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации

       Плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации (Call Control & Signaling Plane) управляет основными элементами сети IP-телефонии и в первую очередь теми, которые принадлежат транспортной плоскости. Она управляет обслуживанием вызова на основе сигнальных сообщений, поступающих из транспортной плоскости, устанавливает и разрушает соединения для передачи пользовательской информации по сети. Эта плоскость включает в себя такие устройства, как контроллер медиашлюзов MGC (Media Gateways Controller), сервер обслуживания вызова Call Agent, привратник Gatekeeper и LDAP-сервер.

                                    Плоскость услуг и приложений

       Плоскость услуг и приложений (Service & Application Plane) содержит логику выполнения услуг и/или приложений в сети IP-телефонии и управляет этими услугами путем взаимодействия с устройствами, находящимися в плоскости управления обслуживанием вызова и сигнализации. Плоскость услуг и приложений состоит из таких устройств, как серверы приложений Application Servers и серверы дополнительных услуг Feature Servers. Она может также управлять специализированными компонентами передачи пользовательской информации, например, медиасерверами, которые выполняют функции конференц-связи, IVR и т.п.

         Плоскость эксплуатационного управления (Management Plane) обеспечивает функции включения/выключения абонентов и услуг, эксплуатационной поддержки, биллинга и другие функции технической эксплуатации сети. Плоскость эксплуатационного управления может взаимодействовать с некоторыми или со всеми другими тремя плоскостями либо по стандартному протоколу (например по протоколу SNMP), либо по внутренним протоколам и через интерфейсы API.

 

9.3.        Основные функции  оборудования Softswitch.

Функциональные объекты

             Функциональными объектами рассмотренной выше эталонной модели архитектуры Softswitch являются логические объекты сети IP-телефонии. В рамках предложенного Консорциумом подхода выделяются 12 основных функциональных объектов, относительно которых следует прежде всего подчеркнуть, что это суть функции, а не физические продукты. Последнее означает, что разные функциональные объекты могут физически располагаться в разных автономных устройствах или на многофункциональных платформах и что существует практически неограниченное число способов размещения функциональных объектов в физических объектах.

Рис. 9.10.  Функциональные объекты эталонной архитектуры Softswitch

AS-F — ФО сервера приложений; SC-F — ФО управления услуга- ми; CA-F —ФО устройства управления шлюзом; MGC-F — ФО контроллера медиашлюзов; SPS-F— ФО прокси-сервера SIP; R-F — ФО маршрутизатора вызова; A-F — ФО учета, авторизации, аутентентификации; MS-F —ФО транспортного сервера; SG-F — ФО шлюза сигнализации; MG-F —ФО медиашлюза; IW-F — ФО взаимодействия; AGS-F — ФО сигнализации шлюза доступа.

                                  ФО контроллера медиашлюзов (MGC-F)

       ФО контроллера медиашлюзов MGC-F (Media Gateways Controller Function) представляет собой конечный автомат логики обслуживания вызова и сигнализации управления его обслуживанием для одного или более транспортных шлюзов. MGC-F определяет состояние процесса обслуживания каждого вызова в медиашлюзе и состояния информационных каналов интерфейсов MG-F, передает информационные сообщения пользователя от одного MG-F к другому, а также от/к MG-F к/от IP-телефонам или терминалам, отправляет и принимает сигнальные сообщения от портов, от других MGC-F и от внешних сетей, взаимодействует с AS-F для предоставления услуг пользователю, имеет возможность управлять некоторыми сетевыми ресурсами (например портами MGF, полосой пропускания и т.д.) и устанавливать правила для портов пользователя, взаимодействует с R-F и A-F для обеспечения маршрутизации вызова, аутентификации и учета, а также может участвовать в задачах эксплуатационного управления в мобильной среде (т.к. управление мобильностью обычно является частью CA-F). Функциональный объект MGC-F обычно использует протоколы H.248 и MGCP.

ФО устройства управления и взаимодействия (CA-F) и функциональный объект взаимодействия (IW-F)

       ФО устройства управления шлюзом CA-F (Call Agent Function) и функциональный объект взаимодействия IW-F (Interworking Function) являются подмножествами MGC-F. Первый из них, CA-F, существует, когда MGC-F управляет обслуживанием вызова и определяет состояния процесса его обслуживания. Протоколами этого функционального объекта могут являться SIP, SIP-T, BICC, H.323, Q.931, Q.SIG, INAP, ISUP, TCAP, BSSAP, RANAP, MAP и CAP, а в качестве интерфейсов API используются любые открытые API типа JAIN или Parlay. Второй функциональный объект, IW-F, существует, когда MGC-F обеспечивает взаимодействие между разными сетями сигнализации, например, IP и ATM, ОКС7 и SIP/H.323 и т.п.

 

 

ФО маршрутизации и учета стоимости (R-F и A-F)

        ФО маршрутизации и учета стоимости R-F и A-F (Call Routing и Accounting Functions) работают следующим образом. Функциональный объект R-F предоставляет информацию о маршрутизации вызова функциональному объекту MGC-F. Функциональный объект A-F собирает учетную информацию о вызовах для целей биллинга, а также может выполнять более широкий спектр функций AAA, т.е. обеспечивать аутентификацию, идентификацию и учет в удаленных сетях. Основная роль обоих объектов – реагировать на запросы, поступающие от одного или более MGC-F, направляя вызов или учетную информацию о нем к входящим портам (другим MGC-F) или услугам (AS-F). Функциональный объект R-F/A-F обеспечивает маршрутизацию локальных и межсетевых вызовов (R-F), фиксирует детали каждого сеанса связи для целей биллинга и планирования (A-F), обеспечивает управление сеансом и управление мобильностью, может узнавать о маршрутной информации от внешних источников, может взаимодействовать с AS-F для предоставления услуги пользователю, может функционировать прозрач но для других элементов в тракте сигнализации. Здесь R-F и A-F могут сцепляться друг с другом последовательно или иерархически и к тому же R-F/A-F часто объединяется с MGC-F, причем объединенный R-F/A-F/MGC-F может также запрашивать услуги внешнего R-F/A-F. Сам A-F собирает и передает учетную информацию по каждому вызову, а AS-F передает учетную информацию по предоставлению дополнительных сервисов, таких как конференц-связь или платные информационные услуги. Функция маршрутизации локальных и межсетевых вызовов R-F может использовать протоколы ENUM и TRIP, а функция стоимости вызовов A-F может использовать протоколы RADIUS и AuC (для сетей подвижной связи).

ФО SIP-прокси-сервера (SPS-F)

        ФО SIP-прокси-сервера SPS-F (SIP Proxy Server Function) выделен в отдельный функциональный объект по той причине, что чаще всего R-F и A-F конструктивно оформляются в виде прокси-сервера SIP. ФО шлюза сигнализации SG-F (Signaling Gateway Function) поддерживает обмен между сетью IP-телефонии и ТфОП u1089 сигнальной информацией, которая может передаваться, например, на базе ОКС7/TDM или BICC/ATM. Для беспроводных сетей подвижной связи SG-F также поддерживает обмен сигнальной информацией между транзитной пакетной IP-сетью и сетью сотовой подвижной связи (СПС) с коммутацией каналов на базе стека ОКС7. Основная роль SG-F заключается в пакетировании и транспортировке информации протоколов сигнализации ОКС7 в ТфОП (ISUP или INAP) или в СПС (MAP или CAP) по сети с коммутацией пакетов IP. Для этого функциональный объект SG-F пакетирует и транспортирует сигнализацию ОКС7 к MGC-F или другому SG-F, используя методы SIGTRAN. Один SG-F может обслуживать много MGC-F, а интерфейсом между SG-F и другими функциональными объектами служат протоколы SIGTRAN типов TUA, SUA и M3UA over SCTP, за исключением ситуаций, когда SG-F и MGC-F или другой SG-F объединены.

ФО сигнализации шлюза доступа (AGS-F)

         ФО сигнализации шлюза доступа AGS-F (Access Gateway Signaling Function) поддерживает обмен сигнальной информацией между сетью IP-телефонии и сетью доступа с коммутацией каналов на базе интерфейсов V5.1/V5.2. Для беспроводных сетей подвижной связи AGS-F поддерживает также обмен сигнальной информацией между транзитной сетью подвижной связи с коммутацией пакетов и сетью СПС на базе TDM или ATM. Основная роль AGS-F заключается в пакетировании и транспортировке информации протоколов сигнализации интерфейсов V5 или ISDN (для проводных сетей), или BSSAP или RANAP (для беспроводных сетей) по сети с коммутацией пакетов IP. AGS-F пакетирует и транспортирует к MGC-F эту информацию протоколов сигнализации V5, ISDN или ОКС7, используя протоколы SIGTRAN типов M3UA, IUA и V5UA over SCTP.

ФО сервера приложений (AS-F)

        ФО сервера приложений AS-F (Application Server Function) поддерживает логику и выполнение услуг для одного или более приложений. AS-F может запрашивать у MGC-F прекращение вызовов или сеансов связи для определенных приложений (например речевой почты или конференц-связи), запрашивать у MGC-F повторное инициирование услуг связи (например сопровождающего вызова или вызовов по предоплаченной телефонной карте), может изменять описания u1087 потоков пользовательских данных, участвующих в сеансе, используя протокол SDP, может управлять MS-F для обслуживания потоков пользовательской информации, может компоноваться с web-приложениями или иметь web-интерфейсы, может использовать открытые API типа JAIN или Parlay для создания услуг, может иметь внутренние интерфейсы алгоритма распределения ресурсов, биллинга и регистрации сеансов, взаимодействовать с функциональными объектами MGC-F или MS-F, вызывать другой AS-F для предоставления дополнительных услуг или для построения составных сервисов, ориентированных на компоненты приложений, использовать функциональные возможности MGC-F для управления внешними ресурсами. Для всех этих целей применяются протоколы SIP, MGCP, H.248, LDAP, HTTP, CPL и XML. Совместное использование функциональных объектов AS-F и MGC-F обеспечивает поддержку составных услуг, таких как сетевые записанные объявления, трехсторонняя связь, уведомление о поступлении нового вызова и т.д. В ситуациях, когда AS-F и MGC-F реализованы в одной системе, вместо подключения AS-F к MGC-F по одному из вышеуказанных протоколов производители часто используют API типа JAIN или Parlay. При такой организации AS-F называют сервером дополнительных услуг (Feature Server).

ФО управления услугами (SC-F)

        ФО управления услугами SC-F (Service Control Function) существует, когда AS-F управляет логикой услуг. SC-F использует протоколы INAP, CAP и MAP, а также открытые API типа JAIN и Parlay. ФО медиашлюза MG-F (Media Gateway Function) обеспечивает сопряжение IP-сети с портом доступа, соединительной линией либо с совокупностью портов и/или соединительных линий, т.е. служит шлюзом между пакетной сетью и внешними сетями с коммутацией каналов, такими как ТфОП, СПС или ATM. Его основная роль состоит в преобразовании пользовательской информации из одного формата в другой, чаще всего – из канального вида в пакетный и обратно, из ячеек ATM в пакеты IP и обратно. MG-F имеет следующие характеристики: всегда состоит в отношениях "ведущий/ведомый " с MGC-F, используя протокол управления MGCP или MEGACO/H.248; может выполнять функции обработки пользовательской информации, такие как кодирование, пакетирование, компенсацию эха, управление буферами, устранения джиттера, корректирующие действия при потерях пакетов и др.; может выполнять функции обслуживания пользовательских соединений, такие как генерирование акустических сигналов, генерирование сигналов DTMF, генерирование комфортного шума и др., а также выполнять анализ цифр на базе таблицы, загружаемой от MGC-F; может выполнять функции сигнализации и обнаружения событий, такие как обнаружение сигналов DTMF, обнаружение состояний отбоя/ответа абонента, детектирование наличия речевых сигналов и др.

        Таким образом, MG-F обеспечивает механизм, позволяющий MGC-F контролировать состояние и функциональные возможности портов, а сам не требует знать состояния процессов обслуживания вызовов, проходящих через него, поддерживая только состояния соединений. Используемые протоколы: RTP/RTCP, TDM, H.248 и MGCP. Кстати, SIP-телефон или шлюз с поддержкой SIP с этой точки зрения представляет собой MG-F и MGC-F в одном блоке.

ФО медиасервера MS-F

        ФО медиасервера MS-F (Media Server Function) обеспечивает управление обработкой пользовательского пакетного трафика от любых приложений. В основном он функционирует в качестве сервера, обслуживающего запросы от AS-F или MGC-F, касающиеся обработки пользовательской информации в пакетированных потоках мультимедиа. MS-F поддерживает различные кодеки и схемы кодирования, может управляться либо AS-F или MGC-F непосредственно (управление ресурсами), либо косвенно (вызов функции) с использованием протоколов SIP, MGCP и H.248.. Функциональный объект MA-F может параллельно поддерживать обнаружение набираемых цифр, генерирование и передачу акустических сигналов и записанных сообщений, регистрацию и запись мультимедийных потоков, распознавание речи, речевое воспроизведение текста, микширование для конференц-связи, обработку факсимильных сообщений, определение наличия речевых сигналов и передачу информации о громкости.

 

 

SS10 принцип работы

Рис.9.11. Структура  программного коммутатора

 Рис.9.12. Расположение плат программного коммутатора

 

 

 

 

SS1B диаграмма коммуникационной шины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9.13. Диаграмма коммуникационной шины

Таблица 9.1

Описание функций плат

SC	System Control Card	Плата контроля системой
SPC	System Protocol Card	Плата протоколов системы
NIC	Network Interface Card	Плата сетевых интерфейсов
SSN	System Switching Network	Сеть коммутации системы
SSNI	System Switching Network Interface	Сетевые интерфейсы коммутации системы
TIC	Transportation Interface Card	Плата транспортных интерфейсов

SC плата: Контроль и мониторинг

        SC (System Control Card) это плата, которая располагается в слоте 1 и 2 как активная/резервная.

        SC поддерживает следующие функции: Поддерживает высокую производительность (частота выше 733 МГц), память емкостью (512 Мб), а также частично выполняет функцию обработки протоколов.  Обеспечивает внешние интерфейсы такие как серийные порты (RS232),  интерфейс  базы данных (один 100Base-T). Осуществляет управление и мониторинг рабочего состояния других плат в системе, а также предоставляет функцию горячей замены. Обеспечивает сигналы контроля и связи для переключения активного / резервного между SC платами.Обеспечивает интерфейс мониторинга питания. Предоставляет данные о позиции платы и ID полки.

SPC: плата контроля протоколов системы

       SPC (System Protocol Control Card) плата располагается в слотах 3~15. SPC обрабатывает различные протоколы и докладывает информацию SC или получает контрольную информацию от SC.  SPC выполняет следующие функции: 1. Поддерживает высокую производительность (частота выше 733 МГц), память емкостью (512 Мб), а также выполняет обработку протоколов. 2. Предоставляет набор 100М Ethernet портов для связи с другими платами системы. 3. Предоставляет функцию горячей замены и программные/аппаратные интерфейсы для связи с SC. 4. Предоставляет набор  RS485 шин для связи с SC. 5. Предоставляет данные о позиции платы и ID полки.

NIC плата сетевых интерфейсов

       NIC (Network Interface Card)  располагается в 26~29 слотах  как активная/резервная в 26-27 слотах или в  28-29 слотах.  NIC предоставляет сетевые интерфейсы и маршруты, основанные на Ethernet. NIC не имеет логической связи с SPC и предоставляет внешний сетевой выход для SS . Выполняет следующие функции:  1. Обеспечивает высокую производительность и обрабатывает протоколы.  2. Предоставляет набор 100MBase-T порты для связи с другими платами системы и выполняет переадресацию данных.  3.  Обеспечивает функцию горячей замены, а также программные/ аппаратные интерфейсы для связи  с SC. 4.  Предоставляет набор RS485 коммуникационной шины для связи с SC. 5.  Предоставляет набор 100MBase-T интерфейсов для выхода из системы.  6.  Предоставляет данные о позиции платы и ID полки.

 

 

SSN плата Ethernet коммутации

        Аппаратная платформа Ethernet коммутации делится на 2 платы: 1. SSN (System Switching Network Card) выполняет функцию Ethernet коммутации. 2. SSNI (System Switching Network Interface Card) предоставляет 100M, 1G Ethernet интерфейсы.   SSN  располагается в слотах 16 и 17 для выполнения следующих функций: 1.  Предоставляет механизм Ethernet коммутации. 2.  Предоставляет 24 100 Mб/с Ethernet порты, где: -  Пятнадцать 100 Megabit/s  Ethernet портов служат как связующая шина между тринадцатью SPC платами   и двумя SC платами. -   Четыре 100 Mб/с Ethernet порта служат как связующая шина между четырьмя NIC, также выполняет функцию мониторинга и обмена информацией мониторинга и аварий. -   Пять 100 Mб/с Ethernet портов служат как связующий канал внутри полки и расширения полки. -    Два 1000 Mб/с Ethernet порта зарезервированы как внешние сетевые интерфейсы. Расстояние передачи  1000 Mб Ethernet портов достигает 100 м при использовании кабеля категории 5. 3.  Предоставляет дополнительный канал для контроля SSN и RS485 шины. 4.  Предоставляет данные о позиции платы и ID полки.

SSNI интерфейсная плата Ethernet коммутации

      SSNI (System Switching Network Interface Card) это плата, которая располагается с задней стороны в слоте 33 полки ZXSS10 SS1b. Выполнена из сотни сетевых портов и высокочастотных реле, SSNI выполняет функцию мультиплексирования 100M и 1G Ethernet портов. SSNI выполняет следующие функции:  1.  Предоставляет на выходе 100M Ethernet порты и 1G Ethernet порты.   2.  Выполняет функцию соединения SSN с SC или SPC и NIC. 3.  Предоставляет пять 100M и два 1G Ethernet выхода. 4.  Предоставляет данные о номере полки и платах в полке.

TIC плата транспортных интерфейсов

     TIC (Transport Interface Card) это плата, которая располагается с задней стороны в слоте 32 основной полки ZXSS10 SS1b. Выполняет следующие функции: Предоставляет  10/100 M Ethernet порты от SC к серверу базы данных.Предоставляет сигнал от трех пар 100M Ethernet портов NIC платы, преобразовывает и выводит сигналы.   Предоставляет сигнал от одной пары 100M Ethernet порта SC платы, преобразовывает и выводит сигналы. Один 1G Ethernet порт зарезервирован для активного/резервного выхода. 5.    Предоставляет три RS232 интерфейса и два RS485 интерфейса.

Рис.9.14. Логическая диаграмма программного коммутатора

Программное обеспечение

         SC/SPC/NIC/SSN программное обеспечение: OS：VxWorks – операционная система реального времени, Программное обеспечение сервера базы данных: OS: Linux.  Программное обеспечение системы упраления: OS:WinNT/Windows2000.  Даны примеры реализации Softswitch, варианты сетевых конфигураций. Рассмотрены способы применения оборудования Softswitch.

       Общими задачами ССП, определенными ITU и ETSI, являются разделение функций переноса информации через сеть, а также отделение функций услуг и приложений от собственно связных функций. Таким образом, речь идет о распределенной архитектуре, в которой связь между компонентами осуществляется исключительно через открытые интерфейсы.

       Первый пример сетевой конфигурации, предложенный консорциумом IPCC, представлен на рис. 9.15. Элементами изображенной на этом рисунке сети являются Softswitch, сервер приложений AS (Application Server), шлюз между ТфОП и IP-сетью TG (Trunk Gateway), шлюз доступа AG (Access Gateway), шлюз сигнализации SG (Signaling Gateway) и транспортный медиасервер MS (Media Server).

Рис. 9.15.  Пример архитектуры ССП

         Softswitch в данном примере выполняет функции MGC-F, R-F и A-F, обрабатывает всю сигнализацию, управляет TG, AG и соответствующим выделением медиаресурсов, а также обеспечивает получение учетной информации. Кроме того, каждый Softswitch взаимодействует с другими Softswitch по протоколам SIP/SIP-T, H.323 или BICC.

       Сервер приложений AS реализует логику услуг. Вызов, который требует дополнительную услугу, либо может быть передан от Softswitch к AS для дальнейшего управления этой услугой, либо сам Softswitch может получать информацию от AS, необходимую для выполнения логики услуги. Сервер приложения AS может сам управлять MS или передать управление им Softswitch.

       На транспортный шлюз TG поступают потоки пользовательской (речевой) информации со стороны ТфОП, он преобразует эту информацию в пакеты и передает ее по протоколу IP в сеть с маршрутизацией пакетов, причем делает все это под управлением Softswit