Эталонные модели NGN

А. Основная эталонная модель NGN Одной из основных характеристик NGN является отделение услуг от транспорта, что позволяет предлагать их отдельно и развивать независимо. Поэтому в архитектуре NGN должно быть четкое разделение между функ-циями обслуживания и функциями транспортировки. Концепция NGN по-зволяет предоставлять как существующие, так и новые услуги вне зависи-мости от используемой сети и типа доступа. В базовой функциональной модели NGN выделяют два уровня/слоя: транспортный и сервисный (услуг). Под транспортным уровнем понимает-ся уровень или группа уровней, обеспечивающий передачу информации между равноправными объектами. Транспортный слой включает в себя сетезависимые уровни OSI. Он обеспечивает перенос информации между двумя географически разделѐн-ными точками. В частности, транспортный слой обеспечивает обмен информацией между следующими объектами:

· пользователь – пользователь;

· пользователь – сервисная платформа;

· сервисная платформа – сервисная платформа.

В транспортном слое могут применяться все типы сетевых техноло-гий, а именно:

· ориентированная на соединение коммутация каналов (connection-oriented circuit-switched – CO-CS);

· ориентированная на соединение коммутация пакетов connection-oriented packet-switched – CO-PS);

· неориентированная на соединение коммутация пакетов (connection-less packet-switched – CL-PS).

Под уровнем услуг (сервисов) понимается уровень или группа уров-ней, касающийся приложения и его услуг, которые должны быть задейст-вованы между равноправными объектами. Услуги могут относиться к голо-су, данным или видео приложениям, организованным отдельно или в неко-торой комбинации в случае мультимедийных приложений. Сервисный слой может включать в себя сложный набор географиче-ски распределѐнных сервисных платформ или в простейшем случае набор функций, реализованный двумя конечными пользователями. Для предос-тавления полного набора услуг в сервисный слой включаются прикладные функции. Примерами услуг, реализуемых на данном уровне, могут быть передача речи, данных, видео или любая их комбинация. На рис. 1.13 пока-зан принцип разделения модели NGN на два слоя. Б. Обобщѐнная функциональная модель NGN Для построения сети, удовлетворяющей концепции Глобальной ин-формационной инфраструктуры. (Global Information Infrastructure, GII), в функциональной модели NGN МСЭ-Т выделяет три категории объектов: функции, сервисы, ресурсы. Сервисы реализуются различными функциями с помощью доступных ресурсов. Один и тот же сервис может реализовываться разным набором функций и наоборот, одна функция может использоваться для реализации различных сервисов. Их взаимосвязь показана на рис. 1.14. Сеть NGN, основанная на пакетной коммутации, может быть исполь-зована для создания новых услуг посредством интеграции проводной и беспроводной связи и вещания для управления конвергентными услугами. Поддержка мультимедиа услуг является, ключевой областью изуче-ния функциональной архитектуры NGN. Существует строгая связь между рассматриваемой услугой и путем доступа к услуге, а также ресурсами, ко-торые требуются для поддержки осуществляемой услуги.

Рис. 1.13. Разделение услуг и транспорта в NGN

Транспортный слой NGN

Транспортный слой NGN

Транспортный слой

Плоскость пользователя

Плоскость контроля

Плоскость менеджмента

Транспортный слой NGN

Транспортный слой NGN

Сервисный слой

Плоскость пользователя

Плоскость контроля

Плоскость менеджмента

Рис. 1.14. Основная эталонная модель NGN

Разработка концепции эволюции существующих сетей (ТфОП, сетей передачи данных, сетей мобильной связи) в направлении создания сети NGN должна быть ориентирована на создание Глобальной информацион-ной инфраструктуры. ВыводыВводится общее понятие о конвергенции в инфокоммуникациях, рас-сматриваются четыре основных аспекта конвергенции – конвергенция ус-луг, сетей, терминалов и различных отраслей инфокоммуникационной ин-дустрии. Описаны основные направления конвергенции в фиксированных и мобильных сетях. Определены основные движущие силы, определяющие конвергенции в инфокоммуникациях – переход от монополии в области связи к конкурентной среде. Процессы, характерные для современных ин-фокоммуникаций, рассматриваются с привлечением теории инновацион-ных циклов – теории, развитой российским ученым Николаем Кондратье-вым и признанной сегодня мировым научным сообществом. В соответст-вии с теорией Кондратьева выход из состояния кризиса может быть пре-одолен при появлении новых технологий. Рассматриваются технологиче-ские факторы – прогресс в области микроэлектроники и внедрение воло-конно-оптических систем, определяющие конвергенцию сетей, услуг и терминалов. Описаны ключевые силы, определяющие развитие инфоком-муникаций – всепроникающая цифровизация систем и сетей связи, взрыв-ной характер развития сетей Интернет и мобильной связи, рост объемов трафика, передаваемого в телекоммуникационных сетях. Рассматривается концепция GII, устанавливается связь концепции с принципами построения NGN, описаны эталонные модели NGN. Контрольные вопросы

1. Определите понятие технологической конвергенции.

2. Дайте характеристику четырех аспектов конвергенции в инфоком-муникациях

3. Приведите примеры конвергенции в инфокоммуникациях.

4. Когда в мире начался переход к новому регулированию в телеком-муникациях?

5. Назовите основные регулирующие процессы, определяющие разви-тие новых телекоммуникационных рынков.

6. В чем разница между либерализацией и приватизацией?

7. Назовите основные факторы, определяющие успех нового регули-рования в телекоммуникациях.

8. Назовите основные движущие силы, определяющие технологиче-ский прогресс в телекоммуникациях.

9. Какие основные процессы определяются законом Мура?

10. Какие основные процессы характерны для эволюции волоконно-оптических систем связи?

11. Почему в последние годы возникла необходимость в высоких про-пускных способностях систем связи?

12. Назовите основные тренды в развитии сетей связи.

13. Что такое цифровизация сетей связи?

14. Охарактеризуйте причины отставания мобильных систем от систем фиксированной связи.

15. Охарактеризуйте скорость проникновения услуг на рынок связи.

16. Дайте характеристику роста трафика в различных сетях связи.

17. Что происходит с услугами и приложениями на современном этапе развития сетей связи?

18. Дайте определение термина «Конвергенция» применительно к теле-коммуникациям.

19. Опишите концепцию GII.

20. Определите понятия сети NGN.

21. Назовите фундаментальные свойства NGN.

22. Определите основные свойства уровня услуг.

23. Определите основные свойства уровня транспорта.

Часть 2. Эволюция сетевых технологийТехнологические тренды, которые обсуждались выше, ведут к разви-тию новой сетевой архитектуры. На рис. 2.1 показана модель структуры се-ти, отвечающая новым представлениям об архитектуре современных и пер-спективных сетей общего пользования. Эта сеть включает в себя два основных сегмента:

· магистральную сеть, состоящую из транспортного сегмента (сис-темы передачи информации) и сетевых узлов, выполняющих функции коммутации или (и) маршрутизации;

· сеть доступа, в которой используются различные физические сре-ды для подключения пользователей к сети.

Кроме отмеченных сегментов, на рисунке также показана сеть поль-зователя (квартира, дом, офис, предприятие и т.д.), которая не входит в со-став сети связи общего пользования. Эта сеть может иметь достаточно про-стую инфраструктуру (телефон и персональный компьютер), но может включать в свой состав локальные сети (например, сеть Ethernet).

Рис. 2.1. Обобщенная структура современной сети связи ВОК – волоконно-оптический кабель, NT – Network Termination, сетевое оконча-ние Перспективные широкополосные технологии, обеспечивающие эф-фективный доступ к удаленным информационным ресурсам, представлены в п. 2.1. В п. 2.2 описывается эволюция высокоскоростных систем передачи, используемых в магистральных сетях. Затем рассматриваются основные свойства технологий коммутации и маршрутизации с позиций их возмож-

ностей применения в мультисервисных сетях и приводится характеристика эволюционных процессов в сетях подвижной связи.

2.1. Технологии в сетях доступаТермин «сеть доступа» (английский термин Access Network), став-ший популярным в последние годы, является полным аналогом термина «сеть абонентского доступа», широко используемого в отечественной ли-тературе по сетям связи. Этот термин определяет участок сети связи (рис. 2.1) между абонентской розеткой или в более общем случае между се-тевым окончанием (NT – Network Termination) и интерфейсом к узлу дос-тупа или к местной телефонной станции. Сетевое окончание является гра-ницей, разделяющей сеть доступа и оборудование пользователя. Связь между оборудованием пользователя и местной станцией осу-ществляется через абонентскую линию или абонентский шлейф (Subscriber Loop). В сети доступа широко применяются механизмы мультиплексиро-вания и концентрации. При подключении к местной станции используются либо фирменные интерфейсы (определяемые производителями оборудова-ния), либо открытые интерфейсы, например, V5.x (семейство узкополосных интерфейсов) и VB5.X (семейство широкополосных интерфейсов). Тради-ционные интерфейсы (как фирменные, так и открытые) могут быть допол-нены интерфейсами типа IP, SDH, ATM и др. В настоящее время сети доступа местных телефонных сетей уже не могут существовать как изолированные инфраструктуры. Строительство высокоскоростных магистральных сетей с пропускными способностями, равными десяткам и сотням Гбит/с, развитие новых служб (высокоскорост-ная передача данных, мультимедийные приложения и др.) и появление в местных сетях альтернативных операторов, предлагающих в жесткой кон-куренции с традиционными операторами широкий набор дополнительных услуг, привели к тому, что абонентская сеть, построенная на базе устарев-ших принципов и технологий, стала «узким местом», ограничивающим возможности доступа абонентов к современным услугам связи. Одним из главных ключевых факторов, которые необходимо прини-мать во внимание при анализе процессов эволюции сетей доступа, является высокая стоимость сетей абонентского доступа, составляющая до 50–70 % стоимости местных телефонных сетей. В классической телефонной сети общего пользования основная часть абонентских линий построена на базе медных кабелей. При продолжающемся применении медного кабеля в се-тях доступа затраты на сетевую инфраструктуру будут расти в связи с уве-личением цен на медь, а также с ростом стоимости проектных, строитель-ных работ и эксплуатационных расходов в таких сетях. Поэтому постоянно, особенно в последние годы, идет активный поиск новых решений, вклю-чающий в себя создание более совершенного оборудования для сущест-

вующих медных кабелей, развертывание сетей доступа на базе коаксиаль-ных и волоконно-оптических кабелей, применение систем беспроводного абонентского доступа и др. Второй ключевой фактор, влияющий на эволюцию сетей доступа, оп-ределяется, с одной стороны, новыми требованиями абонентов к увеличе-нию пропускной способности сетей доступа, и с другой стороны – необхо-димостью обеспечения широкого класса новых услуг, включающих в свой состав передачу речи, данных и видеоинформации в интерактивном и ве-щательном режимах. Требования к увеличению полосы пропускания в сетях доступа опре-деляются новыми мультимедийными приложениями, порождаемыми тех-нологией Интернет и цифровыми вещательными системами. Ускоренная передача WWW-страниц, видеоклипов и ряд подобных приложений тре-буют на участке доступа применения скоростей передачи до 10 Мбит/с. Распределение цифровых ТВ программ (Digital Video Broadcasting, DVB), видео по требованию (Video-on-Demand, VoD), интерактивное телевидение создают высокоскоростной мультимедийный трафик, передача которого не может быть реализована без создания широкополосных абонентских сетей. Предоставление широкополосного доступа является сегодня ключе-вым вопросом для большинства телекоммуникационных операторов – как традиционных, так и альтернативных. Решение проблемы широкополосно-го доступа позволит удовлетворить требования пользователей и получить наибольший доход от введения новых услуг. Фактор, связанный с необходимостью увеличения полосы пропуска-ния сетей доступа, начал действовать особенно активно с середины 90-х гг. в связи с потребностями массового доступа к услугам Интернет и желани-ем операторов предоставить пользователю более широкий спектр интерак-тивных услуг. Существующие к этому моменту средства в сетях доступа оказались либо неэффективными (ISDN с интерфейсом 2B+D и результи-рующей скоростью передачи 144 кбит/с), либо недоступными массовому пользователю (системы временного разделения типа Е1/Т1 с доступом по выделенным четырехпроводным линиям). Сегодня эволюция сетей доступа идет по двум основным направле-ниям: · развитие широкополосного (высокоскоростного) доступа, обеспе-чивающего службы передачи речи, данных и видео; · уменьшение доли медных кабелей при организации местных сетей. Построение сетей доступа нового типа является ключевой проблемой для большей части операторов, желающих удержать своих абонентов и увеличить доход от внедрения новых услуг. Подобные тенденции харак-терны как для стран, развитых в области телекоммуникаций, так и для раз-вивающихся регионов.

Различные технологии доступа требуются и выбираются операторами в зависимости от инфраструктуры их сетей доступа (стандартный телефон-ный кабель или витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель, гибридные структуры «волокно-коаксиал», беспроводный доступ) и конкурентных условий. Можно ожидать, что с появлением новых техноло-гий и новых операторов, обеспечивающих широкополосный доступ для оп-ределенных групп пользователей, ситуация в местных сетях будет сущест-венно меняться. Новые операторы будут конкурировать с традиционными оператора-ми в предоставлении пользователю, по возможности, максимального набо-ра услуг с использованием различных технологий доступа. Поэтому выбор наиболее подходящей технологии и способа построения сетей доступа ста-новится определяющим с позиций эффективных затрат на строительство и эксплуатацию сетей, а также возможностей расширения списка услуг в бу-дущем. Целью новых разработок является построение экономически эф-фективного абонентского сегмента, обеспечивающего в то же время дос-тавку пользователю требуемого набора услуг. Перечислим основные системы доступа, применяемые в абонентских сетях в настоящее время и планируемые операторами к применению в ближайшем будущем: · системы, основанные на технологиях семейства xDSL (Digital Sub-scriber Line – цифровая абонентская линия); · системы на базе пассивных оптических сетей (Passive Optical Net-work, PON); · сети Ethernet; · системы доступа с использованием специальных модемов в сетях КАТВ (Cable modems); · комбинированные системы «волокно/коаксиал» (Hybrid Fixed/Coax, HFC); · оптоволоконные системы доступа типа FTTH (Fiber-to-the-Home), FTTB (Fiber-to-the-Building), FTTC (Fiber-to-the-Curb); · системы Wi-Fi, WiMAX, сотовые сети подвижной связи 2-го и 3-го поколений; · спутниковые системы. Отметим, в первую очередь, создание технологий доступа под общим названием xDSL, обеспечивающих на участке доступа скорости передачи до нескольких Мбит/с по витой паре без применения регенераторов. Это направление развивается традиционными Операторами – владельцами ме-стных телефонных сетей, построенных на базе стандартных медных теле-фонных кабелей. Применение услуг на базе технологий xDSL считается наиболее оп-тимальным вариантом для высокоскоростного подключения домашних

пользователей к сетям Интернет. В корпоративном секторе, среди бизнес-пользователей основными абонентами, использующими системы xDSL, станут небольшие компании, относящиеся к категории SOHO (Small Of-fice/Home Office). Второе мощное направление в сетях доступа связано с использовани-ем сетей кабельного телевидения (КАТВ) для обеспечения интерактивных широкополосных услуг. Особенно высокую активность проявляют здесь альтернативные операторы, использующие собственные сети КАТВ. Ши-рокополосный доступ к интернет-ресурсам обеспечивается путем примене-ния кабельных модемов. В последние годы в сетях КАТВ на участке досту-па начали применяться гибридные кабельные системы, в которых исполь-зуются как коаксиальные, так и волоконно-оптические кабели. Операторы КАТВ рассматривают сети, построенные на базе комби-нации коаксиальных и волоконно-оптических кабелей (HFC), как эффек-тивное решение проблемы доступа. Эти сети планируются для предостав-ления широкого спектра услуг, включая ТВ вещание, высокоскоростной доступ в Интернет, телефонию. В многих странах на абонентском участке стали применяться только волоконно-оптические кабели (системы FTTH). Однако это решение, в ос-нове которого лежит прокладка волокна к частному дому или к квартире, является все еще достаточно дорогим. Сегодня более популярными явля-ются решения на базе FTTB и FTTC. В тех случаях, когда строительство кабельных сетей доступа стано-вится экономически неэффективным, все более широкое применение нахо-дят системы беспроводного абонентского доступа, базирующиеся на тех-нологиях сотовых сетей, системах Wi-Fi (Wireless Fidelity) и WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). В труднодоступных регионах для обеспечения доступа применяются спутниковые системы связи. Эволюция систем доступа иллюстрируется рис. 2.2. Далее рассматри-ваются основные особенности наиболее распространенных систем широ-кополосного абонентского доступа. 2.1.1. Широкополосный доступ с использованием технологий xDSL Использование для широкополосного доступа обычной телефонной пары, соединяющей домашнюю телефонную розетку и местную АТС, яв-ляется наиболее подходящим решением для операторов телефонных сетей общего пользования при предоставлении высокоскоростного доступа к удаленным информационным ресурсам. С середины 90-х гг. в сетях досту-па на смену системам с временным разделением (Е1/Т1), а также доступу

на базе ISDN приходит семейство технологий DSL. Сегмент сети абонент-

ского доступа на базе технологии xDSL показан на рис. 2.3.

Выбор определенной технологии зависит не только от показателей

качества системы передачи, но и от привлекательности технического реше-

ния, в частности, от таких факторов, как соответствие стандартам или наи-

более популярным спецификациям, альянс компаний – производителей

оборудования, поддержка технического обслуживания и др.

Год

Медь

Волоконно-

Оптический

Кабель

Медь,

Витая

Пара

WLL

Сотовые

Сети

DECT

AMPS

GSM

PDC

CDMA

GPRS

HSCSD

EDGE

PON AON

OPAL

BPON

Аналог. ТВ

VoIP

VoD

Цифр. ТВ

ISDN

4B3T

2B1Q

xDSL

HDSL

ADSL

UDSL

VDSL

Wi-Fi VSAT

SHDSL

STM

UMTS

PMP

CDMA

WLAN

POTS Bluetooth

Электр.

линия

WiMAX

Б/проводные

Системы

Коаксиал

Рис. 2.2. Эволюция сетей доступа

(В списке аббревиатур в конце книги читатель может найти используемые здесь

сокращения)

Хронологически первым представителем семейства систем xDSL на

рынок вышли системы HDSL (High Bit Rate DSL – высокоскоростная циф-

ровая абонентская линия), обеспечивающие скорости передачи Т1/Е1 (1,5/2

Мбит/с) по двум витым парам. При диаметре жилы 0,5 мм эти системы

обеспечивали дальность связи до 5 км без установки дополнительных реге-

нераторов. Первые системы HDSL, разработанные компанией Bellcore в

начале 90-х гг., появились на рынке в середине десятилетия. Желание отка-

заться от использования второй витой пары привело к разработке в середи-

не 90-х гг. систем, обеспечивающих скорости 1,5 и 2 Мбит/с по одной паре

(системы SDSL – Symmetrical DSL).

Однако реальный интерес к применению технологий DSL со стороны

массового потребителя начался с внедрением систем ADSL (Asymmetrical

DSL). Эти системы обеспечивают по одной витой паре скорости передачи

от 384 кбит/с до 8 Мбит/с от станции к абоненту (в прямом направлении

или «вниз») и от 128 кбит/с до 1,5 Мбит/с от абонента к телефонной стан-

ции («наверх» или в обратном направлении). Как уже было отмечено выше, такие системы при соответствующей стоимости могут быть достаточно привлекательными для абонентов квартирного сектора и небольших офи-сов. Основной причиной повышения скорости на абонентском участке является требование эффективного доступа к ресурсам Интернет. Асим-метричные характеристики скорости передачи при этом соответствуют ха-рактеру взаимодействия массового пользователя с Интернет, когда из сети к абоненту поступают значительно большие объемы информации, чем от пользователя в сеть.

Рис. 2.3. Сегмент сети доступа на базе технологии xDSL: DSLAM – DSL Access Multiplexer, мультиплексор доступа DSL Данные в системах ADSL передаются в диапазоне частот, располо-женном выше полосы тонального канала, однако для разделения речевого сигнала и данных необходимо применять специальный разделительный

фильтр (splitter), обеспечивающий одновременную передачу речевого сиг-нала и данных. Для формирования линейного сигнала в аппаратуре ADSL применя-ются два типа модуляции – амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей или дискретная многочастотная модуляция. Второй тип модуля-ции имеет более высокую помехоустойчивость, но характеризуется более сложной реализацией, т.е. увеличенной конечной стоимостью изделий. Аппаратура VDSL (Very High Bit Rate DSL) является примером высо-коскоростной технологии DSL. Эта аппаратура обеспечивает скорости пе-редачи «вниз» от 10 до 50 Мбит/с при длине линии, соответственно 1,5 км и 300 м. Скорости передачи «вверх» при этом составляют от 1,5 до 2,3 Мбит/с. Это оборудование имеет хорошие перспективы при широком ис-пользовании волоконно-оптических кабелей в абонентских сетях при раз-вертывании гибридной инфраструктуры FTTC (волоконно-оптический ка-бель к шкафу) или FTTB (волоконно-оптический кабель к зданию). Технологии xDSL, безусловно, являются привлекательными для опе-раторов сетей общего пользования, по меньшей мере, в течение ближайших 5–7 лет. Эти технологии будут популярны среди квартирных пользователей и небольших компаний. Пока здесь нет сильной конкуренции, поскольку раз-вертывание проводится местными (как правило, традиционными) операто-рами, технология относительно доступна по стоимости и доказана возмож-ность ее эффективного применения. В то же время сегодня наблюдается активный интерес операторов к развертыванию оптических сетей доступа, известных по общим названием Passive Optical Network (PON). Определенная опасность конкуренции в сетях доступа для традици-онных операторов существует со стороны операторов сетей кабельного те-левидения, все более широко предлагающих услуги передачи данных с ис-пользованием кабельных модемов и проводящих реконструкцию своих се-тей, внедряя на абонентских участках волоконно-оптические сегменты. Другой источник конкуренции – провайдеры, использующие в сетях досту-па технологию Ethernet. Далее рассмотрим сети PON, Ethernet и КАТВ.