Основные этапы реализации концепции сетей последующего поколения NGN

21 декабря 2011 r. 16:43

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

Основные этапы реализации концепции сетей последующего поколения - NGN

Рассмотрены два этапа реализации сетей последующего поколения. Первый этап - конвергенция телефонных сетей с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. Второй этап - конвергенция фиксированных сетей и сетей сотовой подвижной связи.

Ключевые слова: сети последующего поколения, мультимедийная подсистема.

Нестеренко И.В., Носов А.Э.

Введение

Концепцию NGN (Next Generation Network) Международный союз электросвязи (МСЭ-Т) рассматривает как составную часть Глобального информационного общества (ГИО), технической основой которого является глобальная информационная инфраструктура (ГИИ). Основные положения концепции изложены в рекомендациях МСЭ-Т серии Y.2xxx [1]. Так, в рекомендации Y.2001 указано, что NGN задумана как конкретная реализация ГИИ. Эта рекомендация определяет целевые и фундаментальные характеристики NGN, одной из которых является принцип технологического разделения передачи и коммутации (транспорта), управления вызовами, управления услугами.

В указанной рекомендации регламентированы основные возможности NGN, архитектурные принципы и модели, реализация качества обслуживания по принципу «из конца в конец», управление, безопасность, нумерация и адресация, устойчивость к воздействию дестабилизирующих факторов и др.

В рекомендации Y.2011 определена роль NGN в ГИИ, рассмотрена её взаимосвязь с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем (G.805,

G.809,Y.l 10), описан принцип отделения транспортного уровня сети от уровня формирования услуг, определена структура функциональной модели, рассмотрено межсетевое взаимодействие NGN с другими сетями.

Достаточно детальное описание принципов построения NGN, а также описание принципов взаимодействия и интеграции приложений, данных и бизнес-процессов в распределенной среде можно найти в отечественной литературе, например, в [2, 3).

Первый этап реализации концепции NGN. На первом этапе реализации концепции NGN решались задачи передачи голоса по сети IP (Internet Protocol) с приемлемым качеством и сопряжения сетей с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов. Типовое решение этих задач приведено на рис. 1.

Для решения проблемы качества передачи сообщений реального времени стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) дополнен стеком протоколов MPLS (Multiprotocol Label Switching — мультипрото-кольная коммутация по меткам).

Для передачи голоса по сети с коммутацией пакетов организациями МСЭ-Т и IETF (Internet Engineering Task

117

Force) (4] разработано несколько технологий: Н.323 (Packet-based multimedia communication systems, мультимедийные системы связи для сетей с коммутаций пакетов), SIP (Session Initiation Protocol, протокол установления сеанса, RFC 3261) и MGCP (Media Gateway Control Protocol, протокол контроля медиа-шлюзов, RFC 3435), причем при построении сети NGN может использоваться как отдельная технология, так и их сочетание.

Стек протоколов Н.323 на стандартизованной основе предложен МСЭ-Т в рекомендации Н.323. Сети, построенные на базе протоколов Н.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями с коммутацией каналов.

С учетом опыта эксплуатации стека протоколов Н.323 был разработан стек протоколов SIP. В настоящее время протокол SIP широко применяется для предоставления VoIP-услуг. Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий.

Следующий шаг в построении сетей NGN связан с принципом декомпозиции шлюзов. При использовании протокола MGCP каждый шлюз разбивается на три функциональных блока:

• транспортный шлюз (Media Gateway, MG) -отвечает за передачу пользовательских данных;

• сигнальный шлюз (Signalling Gateway, SG) -отвечает за передачу сигнальной информации;

• Call Agent - устройство управления, где заключен весь интеллект декомпозированного шлюза.

На первом этапе реализации концепции NGN основным устройством для управления в сетях NGN являлся Softswitch - программный коммутатор, который управляет VoIP-сессиями. Важной функцией программного коммутатора является связь сетей последующего поколения NGN с существующими сетями PSTN (Public Switched Telephone Network), посредством сигнального (SG) и медиа-шлюзов (MG), которые могут быть выполнены в одном устройстве. В терминах сети на базе протокола Н.323 Softswitch выполняет функции Gatekeeper (привратник), в терминах сети на базе MGCP - функции Call Agent.

Softswitch составил альтернативу системам управления обслуживания вызовов в цифровых АТС как по цене и функциональным возможностям, так и по масштабируемости, качеству обслуживания, габаритам, энергопотреблению и стоимости технической эксплуатации. Но основная причина успеха Softswitch на телекоммуникационном рынке - его «умение» согласовывать разные протоколы сигнализации как сетей одного типа, например, при сопряжении сетей Н.323 и SIP, так и при взаимодействии сетей с коммутацией каналов (протоколы ОКС-7) с IP-сетями (протоколы SIP, MGCP, Megaco/H.248, BICC,

Н.323).

Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch, это сигнализация для управления соединениями, сигнализация для взаимодействия Softswitch между собой и сигнализация для управления транспортными шлюзами. Основными протоколами сигнализации управления соединениями являются SIP, SIP-T, ОКС-7 и Н.323. В качестве опций используются протокол PRI (Primary Rate Interface), протокол абонентского доступа через интерфейс V5, а также все еще актуальная сигнализация по выделенным сигнальным каналам. Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и Медасо/Н.248, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между коммутаторами Softswitch являются SIP-T и BICC.

Согласно разработанной в рамках Консорциума IPCC модели архитектуры Softswitch предусматриваются четыре функциональные плоскости:

• транспортная плоскость — отвечает за транспортировку сообщений по сети связи;

• плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации — управляет основными элементами сети IP-телефонии. Включает в себя функции контроллера медиашлюзов, Call Agent, Gatekeeper;

• плоскость услуг и приложений — реализует управление услугами в сети. Содержит серверы приложений и серверы ДВО.

• плоскость эксплуатационного управления — поддерживает функции активизации абонентов и услуг, техобслуживания, биллинга и другие эксплуатационные задачи.

В настоящее время можно констатировать, что задачи первого этапа реализации концепции NGN успешно решены, в том числе в России: на сетях работают коммутаторы самых разных производителей (от Alcatel-Lucent до Huawei). Качество предоставления услуг определено государственными стандартами с ГОСТ Р 53725-2009 по ГОСТР 53733-2009 [5].

На втором этапе реализации концепции NGN решаются задачи конвергенции фиксированных (стационарных) сетей и сетей сотовой подвижной связи (мобильных). В качестве базовой архитектуры для конвергенции этих сетей рабочими группами 3GPP (3rd Generation Partnership Project) [6] и TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking) [7] рекомендована мультимедийная подсистема на базе протокола IP - IMS (IP Multimedia Subsystem).

Идеей построения мобильной сети на базе IP-технологий первоначально занималась группа 3G.IP. Она разработала технологию GPRS, которая впоследствии положила начало разработке архитектуры IP-сети. В 2001 рабочая группа 3GPP представила релиз 4, в котором появились элементы архитектуры ALL-IP («Все в IP»). В пятом релизе появился первоначальный вариант архитектуры, названной IMS, и добавилась технология высокоскоростной пакетной передачи данных. В шестом релизе в архитектуре IMS появилась поддержка сетей Wireless LAN. Рабочая группа TISPAN доработала архитектуру, предложенную 3GPP, добавив элементы для взаимодействия с широкополосными сетями. Седьмой релиз 3GPP добавил поддержку фиксированных сетей.

IMS - это стандартизированная архитектура сетей следующего поколения NGN, утвержденная Европейским институтом по стандартизации в области телекоммуникаций (ETSI) и рабочей группой 3GPP, Архитектура IMS приведена на рис. 2.

В архитектуре IMS обычно различают три горизонтальных уровня: абонентских устройств и транспорта; управления вызовами и сеансами (функция CSCF и сервер абонентских данных); уровень приложений.

Унифицированная сервисная архитектура IMS поддерживает широкий спектр сервисов, основанных на гибкости протокола SIP. В рамках IMS действует множество серверов приложений, предоставляющих как обычные телефонные услуги, так и новые сервисы (обмен мгновенными сообщениями, мгновенная многоточечная связь, передача видеопотоков, обмен мультимедийными сообщениями и т.д.).

Базовыми элементами опорной сети архитектуры IMS являются [8):

• CSCF (Call Session Control Function) - элемент с функциями управления сеансами и маршрутизацией, состоит из трех функциональных блоков:

- P-CSCF - посредник для взаимодействия с абонентскими терминалами.

Основные задачи - аутентификация абонента и формирование учетной записи;

- I-CSCF - посредник для взаимодействия с внешними сетями. Основные задачи -

определение привилегий внешнего абонента по доступу к услугам, выбор

соответствующего сервера приложений и обеспечение доступа к нему;

- S-CSCF - центральный узел сети IMS, обрабатывает все SIP-сообщения, которыми

обмениваются оконечные устройства.

118

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

• Индикация присутствия (presense).

• Управление групповыми списками.

• Групповое общение (Group Communication).

• Доска для записей (Whiteboard) -услуга, позволяющая двум или нескольким абонентам совместно редактировать рисунки и документы в режиме реального времени. Все, что делается одним участником сеанса, видят в режиме on-line все остальные участники.

• Многопользовательские игры в реальном времени (шахматы и другие игры).

• Голосовые вызовы с усовершенствованными функциями (Enriched Voice Calling). Включают видеотелефонию и возможность добавления к вызовам своего контента.

• Совместное использование файлов в сети (File Sharing) и многие другие услуги.

Основные проблемы внедрения подсистемы IMS в России. Основным фактором, сдерживающим внедрение IMS (и не только IMS) на сетях РФ, является отставание нормативно-правовой базы от уровня развития техники и технологий в телекоммуникациях.

Подсистема IMS - прежде всего объект связи, подлежащий проектированию, государственной экспертизе проекта, строительству и сдачи в эксплуатацию Росском-надзору. Перечень средств, подлежащих обязательной сертификации, определен ПП ГФ32 от 25.06.2009 г. В соответствии с этим перечнем подсистема IMS может быть отнесена к оборудованию средств связи, выполняющих функции систем коммутации. В настоящее время отсутствует утвержденный РД по правилам применения оборудования IMS, существует лишь проект, в котором оборудование IMS применяется в качестве местной телефонной станции. Последнее ограничивает зону применения IMS до муниципального образования (района).

При внедрении IMS на существующей сети согласно Правилам присоединения сетей, утверждённых приказом Мининформсвязи России N$1 от 28.03.2005 г., присоединение между сетью передачи данных (СПД) и ТфОП допустимо на зоновом и местном уровнях, но при этом согласно приказу Мининформсвязи 19$ от 08.08.2005, пропуск голосового трафика не разрешен.

При сертификации оборудования MGCF/MGW в качестве узла ТфОП согласно приказу Мининформсвязи 19S7 от 08.08.2005 необходимо наличие контроллера MGCF в каждом субъекте РФ, если MGCF/MGW выполняет функции зонового узла связи, и наличие контроллера MGCF в каждом муниципальном районе, если MGCF/MGW выполняет функции местной опорно-транзитной станции. Эти документы сдерживают внедрение на сетях Российской Федерации как Softswitch, так и IMS.

Заключение

В настоящее время проблема перехода от традиционных сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов (NGN) является одной из наиболее актуальных для операторов связи. Перспективные разработки в области IP-коммуникаций связаны с созданием комплексных решений, позволяющих при развитии сетей следующего поколения сохранять существующие подключения и обеспечить бесперебойную работу в любой сети телефонного доступа: на инфраструктуре медных пар, по оптическим каналам, на беспроводной (WiMAX. WiFi) и проводной (ЕТТН. PLC и тд.) сети.

Подобные решения должны позволять переводить отдельные сегменты сети на новые технологии без кардинальной смены всей структуры сети и отвечать следующим требованиям:

• позволять интегрировать IP-фрагменты в существующую сеть оператора с поддержкой не только новых, но и существующих транспортных технологий;

• иметь модульную и масштабируемую архитектуру с возможностями географического распределения и резервирования;

• позволять гибко увеличивать производительность путем приобретения лицензий и добавления в систему серверов;

• обеспечивать внедрение новых видов услуг в минимальные сроки;

• удовлетворять требованиям нормативноправовых актов Российской Федерации.

Системный подход к развитию инфраструктуры с ориентацией на создание сетей на базе архитектуры IMS позволит операторам повысить свою конкурентоспособность за счет предоставления пользователям высококачественных и надежных услуг, а также обеспечить устойчивое функционирование сети, снижение эксплуатационных расходов и минимизацию затрат на внедрение новых услуг.

Литература

1. Официальный сайт International Telecommunication Union http://www.itu.int/ITU-T.

2. Сети следующего поколения NGN/Под ред. АВ.Рослякова.- М.:Эко-Трендз, 2008.- 424с.

3. Бизнес-процессы и информационные технологии в управлении телекоммуникационными компаниями/К.Е. Со-муйлов, А.В. Чуракин, Н.В. Яркина. - М.: Альпина Пабли-шерз, 2009.-442 с.

4. Официальный сайт Internet Engineering Task Force (IETF) http://www.ietf.org.

5. Федеральное агентство no техническому регулированию и метрологии http://protect.gost.ru.

6. Официальный сайт 3rd Generation Partnership Project (3GPP) www.3gpp.org.

7. Официальный сайт ETSI TISPAN

www.etsi.org/tispan.

8. 3GPP TS 23.002 V9.2.0 (2009-12) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and Systems Asp. cts; Network architecture (Release 9),

120