Из опыта внедрения NGN на ГТС большой емкости

21 декабря 2011 r. 16:32

"Инфокоммуниканионно-упровленческие сети. Расчет и оптимизация систем связи"

Из опыта внедрения NGN на ГТС большой емкости

Данилушкин А.В., Летников А.И.

Введение

Перспективными направлениями развития сети электросвязи Российской Федерации в целом и городских телекоммуникационных сетей, в частности, становятся реализация универсальной архитектуры IMS (IP Multimedia Subsystem) и создание конвергентной сети с функциями FMC( Fixed - Mobile Convergence) путем применения современных технологий для реализации инфокоммуникационных услуг. Значительные средства уже инвестированы в построение транспортных волоконно-оптических сетей. Это позволяет реализовать сложные сетевые структуры для удовлетворения потребностей пользователей в широком спектре услуг.

Развитие сети электросвязи ОАО «Московская городская телефонная сеть» в направлении создания универсальной архитектуры IMS должно обеспечить новые возможности для информационной деятельности пользователей и требует применения новых подходов к анализу состояния сети, трафика и прогнозированию их развития.

Архитектура IMS (стандарт 3GPP R5/6/7) является основным направлением конвергенции сетей связи следующего поколения (NGN). Альянс ОМА, IETF, ETSI, исследовательские группы MSF, TISPAN и 3GPP2 одобрили IMS в качестве основы для создания сетевой инфраструктуры инфокоммуникаций следующего поколения, будущего развития мировых телекоммуникаций, конвергенции стационарной (фиксированной) и мобильной сетей, персонализации связи.

Этапы развития сетей телефонной связи

Предоставление услуги телефонии исторически является основным направлением производственной деятельности и основным источником дохода традиционных операторов связи. Само по себе понятие "услуга телефонии" является обобщающим. Суть услуги телефонии можно охарактеризовать как «обеспечение передачи речевой информации между двумя и более абонентами (конечными пользователями) в реальном режиме времени и с заданными показателями качества обслуживания.

Услуга телефонии должна рассматриваться независимо от технологии или группы технологий, используемых для построения сети связи. Исторически для предоставления услуг телефонии использовались сети, базирующиеся на технологии коммутации каналов и включающие в свой состав линии связи и коммутационное оборудование (системы коммутации).

Принято выделять следующие концепции развития телефонных сетей общего пользования:

- телефонная сеть общего пользования - Public Switched Telephone Network (PSTN);

- цифровая сеть с интеграцией служб - Integrated Service Digital Network (ISDN);

- сеть связи следующего поколения - Next Generation Network (NGN).

В сетях PSTN использовались аналоговые системы передачи и коммутации. Возможности таких сетей по предоставлению услуг ограничены базовой услугой телефонии и дополнительными видами обслуживания (ДВО), предоставляемыми в пределах зоны действия одной системы коммутации.

Дальнейшее развитие сетей PSTN было сосредоточено на разработке и внедрении цифровых систем передачи и цифровых систем коммутации каналов, которые привели к созданию интегральных цифровых сетей

- Integrated Digital Network (IDN). В этих сетях телефонный аппарат был аналоговым.

Цифровые сети с интеграцией служб - ISDN, в которых цифровые каналы со скоростью 64 или 128 кбит/с по абонентской линии доводятся до абонентских цифровых терминалов, в настоящее время не нашли широкого применения в своей классической форме.

Московская городская телефонная сеть (МГТС) за свой более чем столетний период развития прошла эти этапы. Общая тенденция развития заключается в постепенном замещении морально устаревшего телекоммуникационного оборудования цифровыми системами передачи и коммутации на базе технологии коммутации пакетов с использованием стека протоколов TCP/IP. IP-технология в телефонии не лишена недостатков, но все же передача голоса по IP-сетям (VoIP) прочно обосновалась на рынке телекоммуникаций, предоставляя возможность для эффективных решений по подключению удаленных абонентов, построению корпоративных сетей связи, подключению их филиалов к сетям общего пользования.

Основной довод приверженцев "чистых" 1Р-систем (все будут звонить с компьютера, пользуясь только микрофоном), безусловно, себя не оправдал. Офисный сотрудник по-прежнему отдает предпочтение телефонному аппарату как главному устройству для ведения переговоров. Функциональность этого устройства по-прежнему является одним из главных критериев для выбора учрежденческой АТС. Сегодня 1Р-телефоны, вопреки прошлым предсказаниям многих экспертов, представляют собой достаточно продвинутые модели с большим количеством возможностей, функциональных кнопок и современным дисплеем. Эпоха "микрофонов-телефонов", подключаемых к компьютеру, так и не наступила.

Концепция сети связи следующего поколения

Концепция сетей связи следующего поколения -Next Generation Network (NGN) (1], или New Public Network (NPN) отражает философию трансформации традиционных технологий в единую универсальную архитектуру сети будущего. Базовый принцип NGN -

59

разделение функций передачи и коммутации, управления вызовами, управления услугами.

Сети ЫОЫ относятся к гибридным сетям, в которых телефония надстраивается над инфраструктурой сетей передачи данных. В сетях ЫвЫ используются технологии пакетной передачи и коммутации, которые базируются на физическом слое оптических каналов и обеспечивают полноценное взаимодействие с существующими сетями.

В аннотации к рекомендации У.2001 МСЭ-Т (2), определяющей целевые и фундаментальные характеристики ЫСЫ, указано, что ЫСЫ задумана как конкретная реализация Глобальной информационной инфраструктуры. В рекомендации У.2001 регламентированы основные возможности ЫЭЫ, обозначены такие ключевые проблемы, как архитектурные принципы и модели, реализация качества обслуживания по принципу «из конца в конец», управление ЫСЫ, безопасность, нумерация и адресация, устойчивость к воздействию дестабилизирующих факторов. Рассмотрена взаимосвязь ЫСЫ с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем, описан принцип отделения транспортного уровня сети от уровня формирования услуг, определена структура общей функциональной модели ЫОЫ, рассмотрено межсетевое взаимодействие ЫОЫ с другими сетями.

Архитектура сетей следующего поколения включает в себя четыре уровня:

- уровень доступа, реализующий доступ к ресурсам сети;

- уровень транспорта, обеспечивающий передачу информации от пользователя к пользователю;

- уровень управления коммутацией, организованный с помощью программных коммутаторов $о(!$>лй1сЬ;

- уровень услуг, отвечающий за информационную составляющую сети.

Такая организация подразумевает следующие отличия технологии N014 от существующих сетей:

- переход от принципа соединения «точка - точка» к принципу «каждый с каждым». Главную роль здесь играет концепция полносвязности, когда все информационные ресурсы становятся общедоступными в любой среде, а способ их получения не зависит от местоположения пользователя;

- возможность потребления услуг пользователем независимо от технологий их реализации. Конечный потребитель не задумывается о том, поддерживает ли сеть, построенная на определенной платформе, интересующую его услугу;

- предоставление пользователю возможности самостоятельно определять набор, объем и качество предоставляемых ему услуг.

В качестве основных преимуществ ЫСЫ перед традиционной телефонной сетью можно выделить следующие:

- широкий спектр предоставляемых пользователю услуг связи;

- высокая скорость передачи данных;

- мобильность (доступ пользователя к услугам возможен независимо от его местоположения);

- индивидуальность (необходимые услуги доступны в любое время, в требуемом объеме и нужного качества);

- доступность (объединение в NGN различных сетей позволяет сочетать выбор типа используемого оборудования).

Для операторов самым главным является сокращение издержек на обслуживание. Не последнюю роль в этом играет именно конвергенция. Сеть следующего поколения дает возможность реализовать интегрированный подход к предоставлению услуг, что позволяет позиционировать ее как «нервную систему мира инфо-коммуникаций». Именно в такой интеграции информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) скрыт инновационный и коммерческий потенциал NGN.

Для сети NGN характерно наличие следующих качеств:

- предоставление услуг передачи речи, данных и видео на основе пакетной инфраструктуры передачи данных;

- упрощение сетевой инфраструктуры и минимизация уровней коммутации;

- быстрое внедрение новых услуг; гибкая сетевая инфраструктура с высокой производительностью, гарантия качества предоставления услуг и географически независимая организация сетевой инфраструктуры;

- централизованное управление сетью и услугами.

Идея интеграции общегородских сетей, представляющих собой смешение и конвергенцию разных платформ для передачи речи и данных, в общегородскую сеть NGN, находит все больше сторонников.

В состав сети NGN мегаполиса входят:

- программный коммутатор SoftSwitch пакетной сети для управления вызовами и поддержки протоколов маршрутизации;

- сеть доступа к пакетной сети;

- медиа-шлюз между сетью доступа и пакетной сетью;

- сервер вызова, управляющий медиа-шлюзом на основе SIP-сообщений;

- медиа-сервер (аналог интеллектуальной периферии или интерактивного автоответчика для диалога с абонентом);

- сервер сообщений, включающий речевую почту, электронную почту, ресурсы для факсимильных сообщений, участвующий в предоставлении услуг вместе с медиа-сервером;

- сервер приложений, доступный сторонним организациям и обеспечивающий предоставление дополнительных услуг;

- среда создания приложений, которая может быть использована сторонними организациями для разработки программ и новых услуг.

Дальнейшее направление развития сетей следующего поколения характеризуется:

- конвергенцией проводных и беспроводных решений на базе архитектуры IMS (IP Multimedia Subsystem);

- реализацией пограничных контроллеров сессии (SBC) для обслуживания соединений вида "IP- сеть - IP-сеть";

- появлением абонентских служб в широкополосных IP-сетях - VoB (Voice over Broadband).

60

В состав архитектуры IMS войдут следующие основные компоненты: абонентские устройства; пограничные контроллеры SBC, обеспечивающие доступ к транспортным магистралям; высокоскоростная 1Р-сеть; широкий набор серверов приложений.

Перспективная сеть, построенная на принципах архитектуры IMS, позволит объединить фиксированных и мобильных абонентов и оказывать им одинаковый набор услуг. Пограничные контроллеры соединений SBC играют ключевую роль в перспективной сети, поскольку они отвечают за ее взаимодействие с другими сетями с точки зрения работы сервисов реального времени, обеспечивают безопасность, надежность и управляемость такого взаимодействия.

Возможные сценарии развития сетей связи:

- фиксированная телефонная связь мигрирует от технологии коммутации каналов к технологии коммутации пакетов, но без существенных изменений в общих объемах трафика;

- мобильная передача речи и данных расширяется, однако объемы трафика у нее гораздо меньше, чем у систем широкополосной передачи по фиксированным сетям;

- наибольшее влияние на увеличение пропускной способности оказывает широкополосная передача по фиксированным сетям, связанная с появлением таких услуг, как: передача видео и видео по запросу; доступ к сети Интернет включает в себя все прочие услуги по передаче данных, по которым у операторов пока нет специальных коммерческих предложений.

Для выбора стратегии построения NGN могут быть использованы и другие подходы. В любом случае логично начать с анализа основных проблем, свойственных идеологии NGN.

Концепция реализации сети

перспективной архитектуры IMS

Концепция IP Multimedia Subsystem (IMS) была разработана в 2002 году консорциумом 3rd Generation Partnership Project (3GPP) для сетей 3G/W-CDMA и стандартизована в спецификациях 3GPP R5/6/7. Позднее созданной моделью воспользовались несколько организаций:

- группа 3GPP2, занимающаяся разработками для сетей CDMA2000;

- Европейский институт стандартизации телекоммуникаций - ETSI [3];

- группа Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN), работающая в области конвергенции фиксированных сетей связи.

Альянс Open Mobile Alliance (ОМА) определил приложения и услуги, работающие поверх IMS, a Internet Engineering Task Force (IETF) [4] - протоколы сетевого уровня. Европейский институт стандартизации телекоммуникаций, отраслевые группы Форума муль-тисервисной коммутации - Multiservice Switching Forum (MSF) и Альянса ОМА для продвижения решений для телекоммуникационной отрасли - Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS) одобрили IMS в качестве основы сетевой инфраструктуры инфокоммуни-каций следующего поколения. К созданию и развитию

архитектуры IMS привело решение консорциума 3GPP о выборе технологии Session Initiation Protocol (SIP) в качестве основного протокола для мобильных сетей 3го поколения.

Концепция IMS рассматривается как универсальная архитектура инфокоммуникаций будущего и "путеводная звезда" для развития мировых телекоммуникаций, конвергенции фиксированной и мобильной сетей. Концепция IMS становится основой конвергенции фиксированной и мобильной сетей связи и продолжения процесса персонализации инфокоммуникационного обслуживания.

Главными особенностями архитектуры IMS являются разделение логики работы сети, логики работы с абонентами и логики предоставления услуг.

В результате в состав новой сети войдут следующие компоненты: разнообразные абонентские устройства (фиксированные и мобильные многорежимные телефонные аппараты, факсимильные аппараты, средства доступа WLAN и xDSL); гибкие коммутаторы Softswitch классов 4 и 5; пограничные устройства SBC, обеспечивающие доступ к транспортным магистралям; высокоскоростная мобильная IP-сеть; серверы приложений.

При таком подходе весьма логичным развитием концепции становится идея создания «виртуального сетевого оператора» - Mobile Virtual Network Operator (MVNO), т.е. оператора, предоставляющего услуги связи, но не имеющего своей собственной транспортной сети, а также «виртуальных операторов», предоставляющих конвергентные услуги связи - Converged VNO. Фактически это означает, что для предоставления услуг абонентам наличие собственной транспортной инфраструктуры у оператора не является необходимым (аналогия с провайдерами приложений и контент-провайдерами в Интернете).

Отсутствие явной точки коммутации в IP - сетях дает возможность экономить на локальном замыкании местного трафика при централизации управления вызовом. Данный вопрос особенно актуален для сетей сотовой подвижной связи и возникающих сегодня альтернативных внутризоновых операторов. Так, в архитектуре сетей с коммутацией каналов нагрузка от всех базовых станций, расположенных в одном или даже в нескольких регионах, обслуживается центром коммутации подвижной связи в областном центре.

В архитектуре IMS предполагается совместное использование ресурсов сетей фиксированной и мобильной связи для предоставления услуг телекоммуникаций. Соответственно, должны решаться вопросы обеспечения качества связи, управления совокупными сетевыми ресурсами и выбора интегральных характеристик качества обслуживания пользователей.

Персонализация связи также становится одной из проблем, поскольку предполагает проведение поиска абонента по совокупности номеров, связанных в памяти системы коммутации с его местопребыванием. В конечном итоге мы имеем последовательное движение к решению сложных всеобъемлющих задач Triple Play -роста числа и качества предоставляемых услуг, в том числе голосовых и видеоданных в режиме реального времени.

61

В целом IMS предназначена для предоставления услуг повсюду и в любое время с использованием технологий мобильных и фиксированных сетей связи. Одновременно возникает ряд проблем, связанных с обеспечением качества (QoS), биллингом, интеграцией и персонализацией разнообразных услуг. Ее спецификации определяют принципы взаимодействия мультимедийных услуг и обеспечивают управление ресурсами сети, тарификацию в зависимости от типа контента и потока услуг. Важно также, что концепция IMS была принята и 3GPP, и 3GPP2, то есть всем мобильным сообществом.

Одновременно оказалось, что фиксированному сообществу, активно переходящему на IP-инфраструктуру в рамках создания NGN, подходит архитектура IMS, которая превращается в удобный инструмент создания конвергентных услуг.

Основное преимущество и отличие технологий IMS от других технологий NGN заключается в возможности мультистандартного доступа к услугам, то есть одни и те же услуги можно получать при помощи разных сетей доступа - от ТФОП (xDSL) до Wi-Fi, GSM, UMTS, Wi-MAX, LTE. Так, может реализоваться бесшовный межсетевой переход. Основная идея архитектуры IMS - позиционирование IMS в качестве универсальной архитектуры для сотовых сетей, для сетей фиксированной связи, для сетей беспроводного доступа (Wi-Fi, WiMAX).

Развитие телефонной сети ОАО «МГТС»

на современном этапе

Московская городская телефонная сеть - одна из крупнейших местных сетей электросвязи не только в России, но и в мире, которая обслуживает более 76% трафика, создаваемого абонентами сетей 200 операторов связи на территории города Москвы. Монтированная емкость сети превышает 4,5 млн. номеров. Каждый второй пользователь сети Интернет получает к ней доступ через сеть МГТС.

Начало телефонной сети в городе Москве положила ручная телефонная станция на 800 номеров, построенная Международным обществом телефонов Белла. В 1890 г. право на эксплуатацию Московской телефонной сети перешло к Шведско - Датско - Русскому акционерному обществу. С января 1917 г. и до июня 1994 г. сеть являлась собственностью государства. В июне 1994 г. образовано Открытое акционерное общество «Московская городская телефонная сеть» (ОАО «МГТС»). В настоящее время ОАО «МГТС» является важнейшей частью инфраструктуры столицы Российской Федерации, обеспечивая взаимодействие государственных, коммерческих, социальных структур, а также общение населения в условиях быстро прогрессирующей информатизации общества.

Наиболее интенсивное развитие сеть получила во второй половине семидесятых и в восьмидесятые годы прошлого столетия, когда ежегодно в эксплуатацию вводилось 140-150 тыс. номеров. На МГТС до 2000 года преимущественно устанавливались аналоговые автоматические телефонные станции (АТС), и в меньших объемах - импортные цифровые системы коммутации, которые практически не повлияли на сложившуюся структуру сетей. Появилась так называемая «наложен-

ная цифровая сеть», характеризующаяся более мощными коммутационными узлами исходящего/входящего сообщения.

Ожидается, что значительное влияние на развитие МГТС может оказать технология коммутации пакетов. Строя сеть будущего, ОАО «МГТС» ставит цель - обеспечить абоненту максимально удобный и простой доступ к сети, независимо от типа находящегося у него терминального оборудования. В результате построения сети передачи данных общего пользования (СПД ОП) компания решила три важные научно-технические и финансовые задачи:

- телефонная сеть общего пользования была разгружена от несвойственного ей трафика передачи данных с одновременным предоставлением пользователям качественной услуги высокоскоростного доступа в сеть Интернет (с внедрением технологий цифровых абонентских линий xDSL, в том числе, асимметричной цифровой абонентской линии ADSL, сеть получила мощный импульс развития);

- пользователям предложен широкий спектр услуг, позволивший привлечь новых пользователей, следовательно, получить дополнительные доходы;

- приобретен опыт освоения технологии коммутации пакетов.

Учитывая, что транспортная сеть является основой телекоммуникационной сети, в 2005 г. было принято решение о создании транспортной сети с использованием пакетных технологий. Для сокращения затрат по созданию сети и эффективного использования вложенных средств, было принято решение о строительстве транспортной сети NGN на базе магистрального уровня сети СПД ОП как наиболее полно отвечающей поставленной задаче. Транспортная сеть представляет собой мультисервистную транспортную сеть, построенную с использованием технологии IP/MPLS.

Транспортная сеть построена с использованием кольцевой структуры на оборудовании Cisco-76xx и имеет следующие характеристики: сеть охватывает более 240 объектов ОАО «МГТС», пропускная способность в периферийных кольцах - 10 Гбит/с, пропускная способность ядра сети - до 40 Гбит/с.

Уровень абонентского доступа выполняет две основные задачи - предоставление базовых услуг (телефония) и услуг широкополосного доступа (телефония, передача данных, телевидение и т.д.).

Доступ к базовым услугам осуществляется посредством шлюзов абонентского доступа (концентраторов IP). При этом у абонента сохраняется интерфейс взаимодействия с сетью с коммутацией каналов и не требуется замена абонентского оборудования (телефонного аппарата). Это важно при реконструкции сети ОАО «МГТС».

Управление шлюзами осуществляется контролерами абонентских шлюзов (программными коммутаторами), которые управляют установлением соединений между абонентами.

В качестве оборудования широкополосного доступа используются DSLAM, которые установлены на объектах ОАО «МГТС» и позволяют предоставлять услуги

62

абонентам вне зависимости от того, к какой части сети абонент подключен - аналоговой или цифровой.

Взаимодействие между контролерами (программными коммутаторами) транзитного уровня и уровня абонентского доступа производится по протоколу Э1Р.

Применение Стандарта предприятия по применению прокола Б1Р на сети ОАО «МГТС» позволило определить требования к взаимодействию оборудования различных поставщиков и присоединению сетей операторов связи на пакетном сегменте сети ОАО «МГТС».

Учитывая насыщение ранка связи базовой услугой и ростом конкуренции, перед ОАО «МГТС» стоит задача расширения спектра предоставляемых услуг. При этом возможны два направления развития и реализации услуг 1) использование дополнительных видов обслуживания (ДВО), реализованных в существующем коммутационном оборудовании; 2) на основе дополнительного оборудования (серверов услуг), устанавливаемого на сети, формируются услуги в сети с коммутации пакетов.

С помощью 1МБ создается пользовательская среда, которая позволит упростить и ускорить развертывание новаторских 1Р-приложений.

Выводы

1. На МГТС создана мультисервистная транспортная сеть, построенная с использованием технологии IP/MPLS, которая является основой внедрения концепции NGN. Ведётся реконструкция и развитие сети с использованием пакетных технологий на основе концепции NGN.

2. В целях дальнейшего развития сети с коммутацией пакетов ведутся работы по внедрению архитектуры IMS.

3. Для удержания абонентов и сохранения своих рыночных позиций необходимо создавать новые услуги и бизнес-модели поведения на телекоммуникационном рынке.

Литература

1. Сети следующего поколения NGN/ Под ред. А.В. Рослякова. - М.: Эко-Трендз,2008. - 424с.

2. www.rfcmd.ru/sphider/docs/ITU-T/ITU-T_Rec_List_A-Z_ANO_E.htm.

3. www.etsi.org.

4. www.rfc.com.ru.

63