Понятие «сеть следующего/нового поколения» (NGN)

У первых АТС (ручных, декадно­­–шаговых, координатных) проблем с управляющим устройством не возникало. Управление ручными и декадно-шаговыми станциями производилось непосредственно, а у координатных АТС управляющее устройство было реализовано в отдельном блоке, который управлял процессом коммутации и не требовал большой сложности.

Когда появились цифровые АТС, в добавок к обычной голосовой связи, операторы связи получили возможность предоставлять пользователям расширенные пакеты услуг. Программные коммутаторы цифровых АТС не имеют физических портов и обладают интерфейсами с высокой пропускной способностью - до 1 Гбит, учитывая, что передавать требуется только сигналы сигнализации, 1 Гбит - очень высокая пропускная способность.

С развитием технологий непрерывно растет процессорная емкость, благодаря этому один коммутатор может обслуживать междугородную зону, то есть очень большую номерную емкость. В результате того, что управление сосредоточено в одном месте, уменьшается количество иерархических уровней, обеспечивается централизация телекоммуникационной сети.

Также помимо передачи речевой информации постоянно увеличивается объем передачи различного вида данных, появляется огромное множество локальных и глобальных информационных сетей, в том числе глобальная сеть интернет, передача данных внутри которой происходит по IP протоколу.

Однако скорость передачи данных через интернет с помощью обычного модема, подключенного к ТфОП слишком мала для того, чтобы передавать большие объемы данных, в связи, с чем на рынок стали выходить телекоммуникационные компании, предлагающие пользователям высокоскоростной доступ в интернет. Но при этом встает необходимость покупки модема с высокой скоростью передачи, который бы обеспечивал связь по цифровым каналам связи, а также встает вопрос сопряжения оборудования оператора, предоставляющего высокоскоростной интернет с оборудованием ТфОП, которая предоставляет линии связи.

В настоящее время 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.

Рынок 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 задачи:

1) Создание единой информационной среды предприятия.

2) Формирование распределенных прозрачных и гибких мультисервисных корпоративных сетей.

3) Оптимизация управления IT-инфраструктурой.

4) Использование современных сервисов управления вызовами.

5) Предоставление мультисервисных услуг.

6) Управление услугами в реальном времени.

7) Поддержка мобильных пользователей.

8) Мониторинг качества предоставляемых услуг и работы сетевого оборудования.

Решение данных задач, реализуется через предоставление операторами услуг связи нового типа, получивших название инфокоммуникационных услуг.

Инфокоммуникационная услуга – услуга связи, предполагающая автоматизированную обработку, хранение или предоставление по запросу информации с использованием средств вычислительной техники, как на входящем, так и на исходящем конце соединения.

К инфокоммуникационным услугам предъявляют следующие требования:

а) мобильность;

б) возможность гибкого и быстрого создания новых услуг;

в) гарантированное качество.

Модель предоставления инфокоммуникационных услуг, определяющая состав участников и их взаимоотношения, включает в себя:

а) пользователей, которые делятся на категории в зависимости от требований к инфокоммуникационным услугам;

б) оператора сети связи (Network operator) – физическое или юридическое лицо, обладающее собственной инфраструктурой связи и, имеющее право на предоставление телекоммуникационных услуг на основе выданной лицензии;

в) поставщик услуги (Service Provider) – индивидуальный предприниматель или юридическое лицо, оказывающее инфокоммуникационные услуги, но не обладающее собственной инфраструктурой связи (в свою очередь является потребителем услуг переноса, предоставляемых оператором сети связи).

Услуга переноса – услуга связи, обеспечивающая прозрачную передачу информации пользователя между сетевыми окончаниями без какого-либо анализа и обработки ее содержания.

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

1) Как можно быстрее и дешевле создавать новые услуги с тем, чтобы постоянно привлекать новых абонентов.

2) Уменьшать затраты на обслуживание сети и поддержку пользователей.

3) Независимость от поставщиков телекоммуникационного оборудования.

4) 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. Для того чтобы совершить этот прорыв и присоединиться к числу высокотехнологичных операторов, необходимы новые решения в области создания и предоставления высокопроизводительных услуг. NGN - технология построения сети - предназначена для предоставления услуг передачи данных и голосовых сервисов. Она снимает целый ряд ограничений и барьеров, существующих сейчас, и в этом заключается ее экономическая продуктивность.

Эволюционное развитие сетей операторов связи от аналого-цифрового варианта к сети связи обеспечивающей указанные возможности привело к созданию NGN-архитектуры, приведенный на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Эволюция архитектуры сетей операторов связи

 

Создание сети NGN отражает эволюционное развитие существующих телекоммуникационных сетей, за счет слияния сетей и технологий. Благодаря этому обеспечивается широкий набор услуг, начиная с классических услуг телефонии и кончая различными услугами передачи данных или их комбинацией. Сети следующего поколения (NGN) представляют собой новую концепцию мультисервисной сети, комбинирующую в себе голосовые функции, качество обслуживания (QoS) и коммутируемые сети с преимуществами и эффективностью пакетной сети. При этом интеграция существующих служб ведется путем использования распределенной программной коммутации (soft–switches).

Услуги мультисервисных сетей классифицируются с использованием системы классификаторов приведенной и представленной на рисунке 1.2.

 

 

Рисунок 1.2 – Классификационные признаки услуг мультисервисных сетей

 

Услуги, предъявляющие различные требованиями к ширине полосе, с гарантированной полосой или без нее, должны поддерживаться с учетом технических возможностей используемой технологии передачи данных. Особое внимание в сетях NGN уделяется гибкости реализации услуг в стремлении к наиболее полному удовлетворению всех требований абонентов. В некоторых случаях возможно также предоставление пользователю возможности настройки используемых им услуг. NGN должна поддерживать открытые интерфейсы программирования приложений, чтобы поддерживать создание, предоставление и управление услугами. Сеть NGN – сеть с пакетной коммутацией, пригодная для предоставления услуг электросвязи и для использования нескольких широкополосных технологий транспортировки с включенной функцией QoS, в которой связанные с обслуживанием функции не зависят от примененных технологий, обеспечивающих транспортировку.

Основная особенность сетей NGN – дифференциация между услугами и транспортными технологиями. Это позволяет рассматривать сеть в виде логически разделенной на уровни сущности. Каждый уровень сети может развиваться независимо, не оказывая влияния на другие уровни. Межуровневое взаимодействие осуществляется на основе открытых интерфейсов. Принцип логического разделения позволяет предоставлять как существующие, так и инновационные услуги независимо от используемых транспортных технологий доступа. Функциональные объекты NGN сети – группы функций, реализующих конечную логику функционирования устройств, например, логику устройства хранения и управления базой данных абонентских профилей.

В NGN функциональные объекты, регулирующие вопросы политики, сеансы связи, среду передачи, ресурсы, доставку услуг, защиту и другие процедуры, могут быть распределены по инфраструктуре, включая существующие и новые сети. При их территориальном распределении в пространстве они должны поддерживать связь через открытые интерфейсы. Важным моментом для NGN является идентификация опорных точек – логических интерфейсов взаимодействия между различными элементами сети. Для обеспечения связи между взаимодействующими функциональными объектами необходимо стандартизировать протоколы.

Взаимодействие между NGN разных операторов и между NGN и существующими сетями (например, сетями сотовых операторов, цифровые сети с интеграцией служб (ЦСИС), глобальными системами подвижной связи GSM) обеспечивается с помощью шлюзов.

Сеть NGN – универсальная сеть, поддерживающая как абонентов, использующих NGN терминалы, так и абонентов традиционных сетей связи. 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.

К новым возможностям NGN относятся:

а) переход от принципа соединения «точка–точка» к принципу «каждый с каждым»;

б) используется универсальный характер обслуживания разных приложений (мы это видим на примере Интернета, VPN);

в) абстрагирование пользователей от технологий реализации услуг связи (принцип черного ящика) и беспрецедентная гибкость получения необходимого набора, объема и качества услуг;

г) полная прозрачность взаимоотношений между продавцом и покупателем услуг.

NGN с точки зрения потребителя представляется облаком либо «черным ящиком», потому что потребителю не интересно знать стеки, протоколы и т.д. Она позволяет предоставлять такие услуги, как широкополосный доступ к Интернету (100 Мбит/сек), пакетную телефонию, VPN, «видео по запросу» и выделенные широкополосные каналы.

Таким образом, NGN - сеть связи следующего поколения (Next step generation) – гетерогенная мультисервисная сеть, обеспечивающая передачу всех видов медиатрафика и распределенное предоставление неограниченного спектра телекоммуникационных услуг с возможностью их добавления, редактирования, распределенной тарификации. Сеть поддерживает передачу трафика с различными требованиями к качеству обслуживания и обеспечивает поддержку указанных требований.

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:

1) открытая конкуренция между операторами, возникшая и развивающаяся ввиду полного дерегулирования рынка инфокоммуникационных услуг;

2) взрывной рост трафика данных – рост использования Интернет и растущая потребность пользователей в новых мультимедийных услугах;

3) возникшая потребность рынка в обеспечении обобщенной мобильности пользователей.

1.2 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:

1) 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.

2) Четкое разделение между функциями служб и транспортными функциями, с тем, чтобы обеспечить разъединение служб и сетей, являющееся одной из основных характеристик NGN.

3) Предоставление как существующих, так и новых служб, независимо от типа используемых сети и доступа.

4) 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.

5) Осуществление межсетевого взаимодействия (interworking) между NGN и существующими сетями, такими как ТфОП, ЦСИС, СПС посредством шлюзов.

6) Поддержка существующих и «предназначенных для работы на NGN» оконечных устройств.

7) Решение проблем миграции речевых служб в инфраструктуру NGN, качества обслуживания (QoS), безопасности.

8) 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:

1) Предоставление современных высокоскоростных сервисов.

2) Масштабируемость.

3) Совместимость с международными стандартами, доступ по общепринятым интерфейсам (таким, как Ethernet), поддержка традиционных сетевых технологий (ATM, FR и др.).

4) Мультипротокольная поддержка (прозрачность и гибкость).

5) Управление трафиком (Traffic Engineering).

6) Резервирование полосы пропускания.

7) Классификация видов трафика.

8) Управление качеством обслуживания (QoS).

9) Совершенные механизмы защиты (например, MPLS Fast Reroute).

Фундаментальные свойства NGN:

1) 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);

2) 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;

3) взаимодействие с унаследованными сетями по открытым интерфейсам;

4) пакетная передача данных;

5) широкополосный доступ с обеспечением качества «из конца в конец»;

6) обобщенная мобильность;

7) открытый доступ пользователей к различным сервис-провайдерам;

8) различные схемы идентификации, которые могут быть реализованы с использованием IP-адресации в целях маршрутизации по IP-сетям;

9) унифицированные характеристики услуги в понимании пользователя;

10) конвергенция услуг между сетями фиксированной и подвижной связи;

11) совместимость со всеми требованиями в области регулирования отрасли, например, экстренной связи, безопасности, защищенности и т.п.

 

Концепция NGN

Концепция NGN предполагает построение сети, исходя из принципа функционального разделения (рисунок 1.3) достигаемого за счет разнесенных на сети функциональных сетевых элементов. Существует следующие логические уровни сети NGN:

1) уровня транспорта, включая функции управления сетевыми ресурсами и уровень доступа;

2) уровня коммутации услуг связи;

3) уровня приложений;

4) уровня управления сетью.

 

Рисунок 1.3 – Эталонная модель NGN

 

Функциональная архитектура сети NGN должна предполагать на основании рекомендации МСЭ-Т Y.2001 наличие следующих основных уровней: уровня транспорта, включающего функции управления сетевыми ресурсами и уровень доступа; уровня коммутации услуг связи; уровня приложений; уровня управления сетью.

Для построения полноценной сети NGN необходимо в дальнейшем реализовать каждый из этих уровней, с соответствующим им набором элементов сети NGN, приведенный на рисунке 1.4. При этом на различных логических уровнях сети могут использоваться различные технологии и протоколы.

Уровень коммутации услуг состоит из следующих основных элементов:

а) IMS платформа (IP Multimedia Subsystem). Эта подсистема является основным элементом сети NGN и предназначена для управления вызовами и сессиями абонентов сети NGN, должна строиться на базе протокола установления сеанса (Session Initialization Protocol, SIP). На ее базе могут строиться различные решения и реализовываться весь спектр услуг, от передачи голоса по IP сетям (Voice over IP, VoIP), до услуг Triple Play, включая IP телевидения (IP-Television, IP-TV) и ряд услуг с добавленной стоимостью;

б) подсистема эмуляции сетей (PSTN/ISDN Emulation Subsystem, PES). Главной задачей данной подсистемы является поддержание на сети NGN услуг, а именно, обеспечения взаимодействия с сетями общего пользования с сохранением их функциональности;

в) элемент управления потоковыми сообщениями (Streaming Service Component, SSC). Главной задачей этого элемента является предоставление пользователям сети услуг, как в реальном режиме времени (Real Time Services), так и по необходимости или по требованию (Non Real Time Serviсes).

 

 

Рисунок 1.4 – Схема основных элементов сети NGN

 

С функциональной точки зрения, данный уровень должен решать основные задачи по установлению соединений и предоставлению услуг на сети NGN. Основными функциями данного уровня являются:

регистрация пользователей (аутентификация и авторизация) для предоставления им доступа к определенным услугам NGN;

управление сессиями, вызовами (установление, разрыв и поддержание соединений);

управление коммутацией и передачей, обработку информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками;

управление, ресурсами сети, включая шлюзы, установленные на транспортном уровне сети NGN.

Транспортный уровень сети NGN обеспечивает функции коммутации и прозрачной передачи информации пользователя. Данные функции образуются двумя подгруппами:

функции управления сетевыми ресурсами (Resource and Admission Control Functions, RACF), обеспечивающие реализацию в сети заданных параметров QoS. В их задачи входит резервирование определенных параметров требуемых сетевых ресурсов, управление доступом к ресурсам транспортной сети и управление ресурсами шлюзов;

функции управления доступом пользователей к ресурсам транспортной сети NGN (Network Attachment and Control Functions, NACF), осуществляемые на основе информации авторизации пользователей, соглашений об уровне обслуживания SLA, приоритета предоставляемой услуги, а также доступных сетевых ресурсов на транспортной сети и сети доступа.

Транспортный уровень включает в себя ряд функциональных подуровней:

1) уровень шлюза. Данный уровень обеспечивает возможность взаимодействия с различными сетями связи построенных на основе различных технологий, а также другими подобными сетями NGN;

2) уровень доступа. Доступ должен предполагать реализацию на сети функции агрегации абонентского трафика и передачи его на уровень магистрального звена. Данный уровень предполагает наличие функции QoS, зависящим от типа передаваемого трафика и запроса пользователя;

3) уровень магистрального звена. Магистральное звено должно обеспечивать передачу агрегированного пользовательского трафика в соответствии с заданными показателями QoS. На данном уровне должны применяться те же механизмы по управлению QoS, что и на уровне доступа.

Оптимальной технологией для построения транспортной сети на данный момент считается IP технология многопротокольной коммутации по меткам (IP Multiprotocol Label Switching, IP/MPLS). В связи с этим все функции транспортного уровня должны решаться на уровне сети IP/MPLS. Сейчас, наиболее рациональным подходом к построению транспортной сети является применение технологий обобщенной многопротокольной коммутации по меткам GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching). Данные технологии способны обеспечивать управление и мониторинг качества всех уровней магистрального звена: сетевого, канального и физического. Это обеспечивает возможность предоставление абонентам сети услуг с заданным качеством.

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

а) предоставление инфокоммуникационных услуг;

б) управление услугами;

в) создание и внедрение новых услуг;

в) 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. В основе уровня лежит взаимодействие с центральными элементами сети NGN – элементами уровня коммутации (IMS, PES и SSC), которое осуществляется по стандартным интерфейсам доступа в сеть (Access Network Interface, ANI). Данный уровень может включать множество независимых подсистем ("сетей услуг"), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации.

Уровень управления сетью отвечает за организацию системы управления сетью NGN. В задачи уровня входят мониторинг и соответствующее управление инфраструктурой сети, поддержание на сети заданных параметров качества, а также ряда параметров, характеризующих принцип работы сети в целом (безопасность и надежность).

Система управления должна обеспечивать:

1) управление процедурами устранения ошибок и сбоев;

2) управление процедурами конфигурации;

3) управление автоматизированной системой расчетов;

4) управление сетевыми характеристиками;

5) управление безопасностью.