Мультисервисные сети следующего поколения: потребности рынка, принципы, мониторинг. Чижиков Дмитрий :: статьи

Дата публикации: 13 марта 2008

Острые дискуссии вокруг магической аббревиатуры NGN завершены. Next Generation Network получила взвешенное определение от МСЭ, в мире и в России идут активные внедрения сетей следующего поколения и их элементов. Спешная практика иной раз оборачивается подменой понятий. Автор статьи предлагает взглянуть на концепцию NGN во всей ее полноте.

Потребности инфокоммуникационного рынка

Сегодняшним клиентам рынка инфокоммуникационных услуг требуется широкий класс разных служб и приложений, предполагающий большое разнообразие протоколов, технологий и скоростей передачи. При этом пользователи преимущественно выбирают поставщика служб в зависимости от цены и надежности продукта.

В существующей ситуации на рынке инфокоммуникационных услуг сети перегружены: они переполнены многочисленными интерфейсами клиентов, сетевыми слоями и контролируются слишком большим числом систем управления. Более того, каждая служба стремится создать свою собственную сеть, вызывая эксплуатационные расходы по каждой службе, что не способствует общему успеху и приводит к созданию сложной сети с тонкими слоями и низкой экономичностью. При эволюции к прозрачной сети главной задачей является упрощение сети – это требование рынка и технологии. Большие эксплуатационные затраты подталкивают операторов к поиску решений, упрощающих функционирование, при сохранении возможности создания новых служб и обеспечении стабильности существующих источников доходов, подобных речевым службам.

Указанные нюансы и проблемы, а также возрастающая конкуренция требует от компаний повышения эффективности бизнеса и гибкости управления, что предполагает следующие действия:

• Создание единой информационной среды предприятия.
• Формирование распределенных прозрачных и гибких мультисервисных корпоративных сетей.
• Оптимизация управления IT-инфраструктурой.
• Использование современных сервисов управления вызовами.
• Предоставление мультисервисных услуг.
• Управление услугами в реальном времени.
• Поддержка мобильных пользователей.
• Мониторинг качества предоставляемых услуг и работы сетевого оборудования.

Потребность операторов сетей связи получать все новые прибыли заставляет их задуматься над созданием сети, которая позволяла бы реализовывать потенциальные возможности:

• Как можно быстрее и дешевле создавать новые услуги с тем, чтобы постоянно привлекать новых абонентов.
• Уменьшать затраты на обслуживание сети и поддержку пользователей.
• Независимость от поставщиков телекоммуникационного оборудования.
• Быть конкурентоспособными: либерализация в инфокоммуникационной отрасли и достижения в новейших технологиях привели к появлению новых операторов связи и сервис-провайдеров, предлагающих более дешевый и широкий спектр услуг.

Здесь и появляется первый раз понятие «сеть следующего/нового поколения» (NGN), т.е. сеть, которая оптимально удовлетворяла бы требованиям операторов в повышении прибыли.

Концепция NGN предусматривает создание новой мультисервисной сети, при этом с ней осуществляется интеграция существующих служб путем использования распределенной программной коммутации (softswitches).

Концепция NGN была представлена с учетом следующих обстоятельств:

• открытая конкуренция между операторами, возникшая и развивающаяся ввиду полного дерегулирования рынка инфокоммуникационных услуг,
• взрывной рост трафика данных – рост использования Интернет и растущая потребность пользователей в новых мультимедийных услугах,
• возникшая потребность рынка в обеспечении обобщенной мобильности пользователей.

ТЕРМИНОЛОГИЯ

Концепция NGN – концепция построения сетей связи следующего/нового поколения (Next Generation Network), обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими настройками по их: управлению, персонализации, созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, предполагающая следующие возможности: реализация универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы, интеграция с традиционными сетями связи. Мультисервисная сеть – сеть связи, которая построена в соответствии с концепцией NGN и обеспечивает предоставление неограниченного набора инфокоммуникационных услуг (VoIP, Интернет, VPN, IPTV, VoD и др.).

NGN: принципы, требования, возможности, преимущества

В основу концепции NGN заложена 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 инфокоммуникационных услуг. Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами.

Идеологические принципы построения сети нового поколения следующие:

• во-первых, подключение к сети должно быть максимально простым и удобным, без использования промежуточных систем, при этом использование традиционно применяемых протоколов и сервисов должно быть доступно в прежнем объеме;
• во-вторых, сначала строится базовая пакетная транспортная сеть на базе компьютерных технологий, обеспечивающих соответствующее качество, надежность, гибкость и масштабируемость, а потом поверх этой сети строится мощный комплекс сервисов.

В итоге все информационные потоки интегрируются в единую сеть.

Требования к перспективным сетям связи:

• “мультисервисность”, под которой понимается независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий;
• “широкополосность”, под которой понимается возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;
• “мультимедийность”, под которой понимается способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио и др.) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;
• “интеллектуальность”, под которой понимается возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;
• “инвариантность доступа”, под которой понимается возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;
• “многооператорность”, под которой понимается возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности.

Возможности сетей NGN:

• Обеспечение создания, развертывания и управления любого вида служб (известных и еще неизвестных). Это включает службы, использующие любого рода среду с любыми схемами кодирования и сервисами (данных, диалоговыми, одноадресными, многоадресными и широковещательными, передачи сообщений, простой службой передачи данных), в реальном времени и вне реального времени, чувствительные к задержке и допускающие задержку, требующие различной ширины полосы пропускания, гарантированные и нет.
• Четкое разделение между функциями служб и транспортными функциями, с тем, чтобы обеспечить разъединение служб и сетей, являющееся одной из основных характеристик NGN.
• Предоставление как существующих, так и новых служб, независимо от типа используемых сети и доступа.
• Функциональные элементы политики управления, сеансов, медиа, ресурсов, доставки служб, безопасности и т.д. должны быть распределены по инфраструктуре, включая как существующие, так и новые сети.
• Осуществление межсетевого взаимодействия (interworking) между NGN и существующими сетями, такими как ТфОП, ЦСИС, СПС посредством шлюзов.
• Поддержка существующих и «предназначенных для работы на NGN» оконечных устройств.
• Решение проблем миграции речевых служб в инфраструктуру NGN, качества обслуживания (QoS), безопасности.
• Обобщенная подвижность, которая позволит обеспечить совместимое предоставление услуг пользователям, то есть пользователь будет рассматриваться как единственное лицо при использовании им различных технологий доступа, вне зависимости от того, какими устройствами он располагает.

Преимущества сети нового поколения:

• Предоставление современных высокоскоростных сервисов.
• Масштабируемость.
• Совместимость с международными стандартами, доступ по общепринятым интерфейсам (таким, как Ethernet), поддержка традиционных сетевых технологий (ATM, FR и др.).
• Мультипротокольная поддержка (прозрачность и гибкость).
• Управление трафиком (Traffic Engineering).
• Резервирование полосы пропускания.
• Классификация видов трафика.
• Управление качеством обслуживания (QoS).
• Совершенные механизмы защиты (например, MPLS Fast Reroute).

Основные хактеристики NGN

Определение NGN в основном используется для того, чтобы обозначить изменения в инфраструктуре предоставления услуг, которые уже происходят в телекоммуникационной и IT-индустриях.

Сети связи следующего/нового поколения (NGN) – это пакетные сети, способные предоставлять инфокоммуникационные услуги, в том числе с использованием различных видов широкополосных соединений, транспортных технологий с обеспечением QoS, в которых процедуры предоставления услуг независимы от транспортных технологий, на которых они реализованы. Это обеспечивает пользователям открытый доступ к различным сервис-провайдерам и поддерживает обобщенную мобильность (generalized mobility), которая обеспечивает общепринятый и единообразный порядок предоставления услуг пользователям.

NGN характеризуются следующими фундаментальными свойствами:

• Поддержка большого набора услуг, приложений и механизмов поблочного построения услуг (включая услуги в реальном времени/ потоковую передачу/ услуги, предоставляемые не в режиме реального времени и мультимедиа-услуги).
• Отделение процесса предоставления услуги от самой сети и обеспечение открытых интерфейсов, разделение функций управления от возможностей транспортной среды, вызова/сеанса и приложения/услуги, что позволяет услугам и сетям развиваться независимо друг от друга.
• Взаимодействие с унаследованными сетями по открытым интерфейсам.
• Пакетный перенос.
• Широкополосный доступ с обеспечением качества из конца в конец и «прозрачности».
• Обобщенная мобильность.
• Открытый доступ пользователей к различным сервис-провайдерам.
• Различные схемы идентификации, которые могут быть реализованы с использованием IP-адресации в целях маршрутизации по IP-сетям.
• Унифицированные характеристики услуги в понимании пользователя.
• Конвергенция услуг между сетями фиксированной и подвижной связи.
• Совместимость со всеми требованиями в области регулирования отрасли, например, экстренной связи, безопасности, защищенности и т.п.

Архитектура, сетевые параметры и основные протоколы NGN

Сети нового поколения должны предоставлять ресурсы (инфраструктура, протоколы и т.п.) для создания, внедрения и управления всеми видами услуг (существующих и будущих). В рамках NGN основной упор делается на возможность адаптации услуги сервис-провайдерами, многие из которых также обеспечат своим пользователям возможность приспособить свои собственные услуги. Сети нового поколения будут включать в себя API (Application Programming Interfaces), обеспечивающие поддержку разработки, предоставления и управления услугами.

На рисунке ниже показан вариант модели сети на базе концепции NGN.

Оборудование Softswitch взаимодействует со многими компонентами в телекоммуникационной системе. В верхней части рисунка показаны такие функциональные блоки: система тарификации, платформа услуг и приложений, а также сеть общеканальной сигнализации (ОКС). Следует только отметить возможность выхода через сеть ОКС на узел управления услугами (Services Control Point – SCP), входящий в состав интеллектуальной сети, что позволяет дополнить услуги и приложения, доступные абонентам непосредственно через Softswitch, интеллектуальными услугами.

Логика обработки вызовов реализуется в контроллере шлюзов (Media Gateway Controller – MGC). Взаимодействие Softswitch с коммутационными станциями других сетей осуществляется через оборудование Media Gateway (MG). Для этих целей используется протокол MGCP (Megaco), разработка которого была выполнена в IETF (Инженерная группа по проблемам Интернет) подгруппой Megaco (Media Gateway Control). Протокол MGCP в силу того, что он был разработан в IETF, ориентирован, в основном, на IP-технологии. В результате работы МСЭ появился проект рекомендации H.248, который ориентирован скорее на передачу мультимедийной информации, чем передачу неструктурированного трафика данных.

Пунктирной линией на рисунке «Вариант модели сети NGN» показана связь Softswitch с пакетной сетью, которая, как правило, базируется на технологиях IP и ATM. Пакетная сеть обрабатывает основную часть трафика телекоммуникационной системы. Переход к сети с коммутацией пакетов целесообразно осуществлять путем постепенной эволюции телекоммуникационной системы.

Функциональная модель сетей NGN, в общем случае, может быть представлена тремя уровнями:

• транспортный уровень;
• уровень управления коммутацией и передачей информации;
• уровень управления услугами.

Задачей транспортного уровня является коммутация и прозрачная передача информации пользователя.

Задачей уровня управления коммутацией и передачей является обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками.

Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду, обеспечивающую следующие потребности:

• предоставление инфокоммуникационных услуг;
• управление услугами;
• создание и внедрение новых услуг;
• взаимодействие различных услуг.

Уровень управления услугами позволяет реализовать специфику услуг, и применять одну и ту же программу логики услуги вне зависимости от типа транспортной сети (IP, АТМ, FR и т.п.) и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить на сети любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней. Данный уровень может включать множество независимых подсистем ("сетей услуг"), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации.

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

Архитектура сетей NGN будет состоять из IP-ядра и нескольких сетей доступа, использующих разные технологии. Основу сети NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей. Назначением транспортной сети является предоставление услуг переноса.

В состав транспортной сети NGN могут входить следующие компоненты:

• 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.

Реализация инфокоммуникационных услуг осуществляется на базе узлов служб (Services Node – SN) и/или узлов управления услугами (SCP). SN является оборудованием поставщиков услуг и может рассматриваться в качестве сервера приложений для инфокоммуникационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием пользователя. SCP является элементом распределенной интеллектуальной платформы и выполняет функции управления логикой и атрибутами услуг. Совокупность нескольких узлов служб и/или узлов управления услугами, задействованных для предоставления одной и той же услуги, образуют платформу управления услугами. В состав платформы также могут входить узлы административного управления услугами и серверы различных приложений.

Оконечные/оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен за счет добавления функций предоставления услуг. Для построения таких узлов может использоваться технология гибкой коммутации (Softswitch).

Если представить топологию сети NGN в виде набора плоскостей, то внизу окажется плоскость абонентского доступа (базирующаяся, например, на трех средах передачи: металлическом кабеле, оптоволокне и радиоканалах), далее идет плоскость коммутации (коммутации каналов и/или коммутации пакетов). В указанной плоскости находится и структура мультисервисных узлов доступа. Над ними располагаются программные коммутаторы SoftSwitch, составляющие плоскость программного управления, выше которой находится плоскость интеллектуальных услуг и эксплуатационного управления услугами.

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

Основными услугами сети доступа должно являться обеспечение подключения следующих типов абонентов:

• абоненты аналогового доступа ТФОП;
• абоненты доступа ЦСИС;
• абоненты доступа xDSL;
• абоненты выделенных каналов связи Nx64 кбит/с и 2 Мбит/с;
• абоненты, использующие для доступа оптические кабельные технологии (PON);
• абоненты, использующие для доступа структурированные кабельные системы (HFC);
• абоненты, использующие системы беспроводного доступа и радиодоступа (Wi-Fi).

В каждой из перечисленных выше типов услуг возможна дальнейшая дифференциация в зависимости от используемой скорости передачи и/или технологии доступа.

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. В качестве технологической основы построения транспортного уровня мультисервисных сетей рассматриваются АТМ и IP с возможным применением в будущем оптической коммутации (PON).

Работа по проблемам архитектуры и протоколов для NGN должна концентрироваться на следующих аспектах:

• рассмотрение использования техники эталонного моделирования,
• определение, как могут быть поддержаны на гетерогенных сетях службы из конца в конец, управление вызовом и мобильность пользователя,
• определение функций взаимодействия для поддержания действующих терминалов, не способных работать на NGN,
• определение функциональности терминалов, способных работать на NGN, через механизм обновления программного обеспечения, резервирования и эволюции терминалов, согласование версии и управление.

Организация управления и мониторинга сетей NGN

Одной из главных особенностей систем управления NGN является открытая модульная архитектура, позволяющая разрабатывать и внедрять новые модули, работать с существующими приложениями и модернизировать существующие модули. С точки зрения управления и мониторинга, сети NGN будут состоять из большего числа разнотипных компонентов, а не из сравнительно небольшого количества менее разнообразных крупных коммутационных устройств, как сейчас. Кроме того, для реализации интегрированного управления системами и сетями независимо от их производителя и технологии в NGN будет поддерживаться большее число интерфейсов, чем в существующих сетях (могут использоваться разнообразные стандарты и протоколы, такие как, SNMP, OSI, ASCII, CORBA), и более высокая пропускная способность. Все это ведет к необходимости пересмотра принципов и подходов к сетевому управлению для NGN.

Система управления NGN должна представлять собой набор решений, обеспечивающих управление сетями, реализованными на базе различных технологий (фиксированные и мобильные телефонные сети, сети передачи данных, сигнализации и т.д.), предоставляющих различные услуги и построенных на оборудовании различных производителей. Система управления будет строиться с использованием объектно-ориентированной распределенной структуры, при этом ее интерфейсы должны быть открытыми – отличительными чертами подобных интерфейсов являются:

• стандартизированные протоколы (например, IIOP, CMIP, SNMP, FTP, FTAM и др.),
• использование формальных языков для описания стандартизированных интерфейсов (например, CORBA IDL, JAVA, GDMO, ASN 1. и др.),
• стабильность, которая позволяет вносить только те изменения, которые будут обратно совместимы.

Например, для посылки аварийных сообщений могут использоваться протоколы CMIP, SNMP или CORBA с использованием объектной модели, определенной в рекомендации Х.733; для организации услуг могут использоваться интерфейсы CORBA; для пересылки данных о рабочих характеристиках может применяться протокол FTP.

Основные требования, предъявляемые к системам управления NGN:

• подготовленное решение на практике должно реализовываться в сжатые сроки;
• структуры открытых систем должны обеспечивать гибкость реализации и совместимость с другими решениями, высокую надежность, и как результат – качество обслуживания;
• оператор должен иметь возможность модифицировать программное обеспечение для реализации специфических функций и вводить новые услуги через изменение конфигурации;
• компонентные решения упростят возможности оператора по введению новых пользователей и функций;
• масштабируемость и гибкость, позволяющие легко адаптироваться к быстро появляющимся новым технологиям и продуктам, а также к изменяющимся потребностям пользователей.

Для упрощения управления целесообразно иметь отдельные подсистемы управления различных областей транспортной сети (WDM, SDH, ATM и др.), передачи данных и речи.

Для организации управления мультисервисными сетями необходимо взаимодействие систем управления, принадлежащих различным операторам и поставщикам услуг, посредством вышестоящей системы мониторинга над подсистемами управления. Задачи конфигурации, контроля качества и аварийного надзора в пределах сети одного оператора будут внутренними, а задачи предоставления и обеспечения качества услуг из конца в конец будут решаться совместно операторами различных сетей.

Для централизации мониторинга сети NGN они могут объединяться в интегрированные подсистемы управления транспортной сетью и услугами с вышестоящей системой мониторинга и управления.

Модульная структура предполагает наличие интегрированных блоков, выполняющих различные задачи управления и мониторинга:

• аварийный надзор;
• управление топологией;
• мониторинг и управление безопасностью;
• управление системами и процессами.

Данные блоки должны интегрировать функции отдельных подсистем управления, например, отображение аварий от нескольких областей управления на одном и том же пользовательском интерфейсе, отображение всей топологии, обеспечение общего управления безопасностью. Управление качеством должно осуществляться на уровне управления вызовом и внутри пакетной сети. Необходимо обеспечить взаимодействие с системой управления как новых поставщиков услуг, поставщиков информации, так и пользователей.

Вышестоящая система мониторинга над подсистемами управления обеспечивает централизованное управление авариями и сетевой топологией, функции совместного мониторинга и управления сетью и услугами, рабочее место оператора является центральной точкой создания всех индивидуальных функций управления.