Применение современных телекоммуникационных решений при организации связи в мобильных узлах

УДК 004.724.2

DOI 10.21685/2072-3059-2018-4-11

Л. В. Куц, Т. А. Говор, С. В. Качалин

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ В МОБИЛЬНЫХ УЗЛАХ

Аннотация.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются мобильные узлы связи. Предметом исследования является применение современных телекоммуникационных решений в мобильных узлах связи. Цель работы - создание отказоустойчивой и надежной системы по передаче информации, обеспечивающей высокий уровень информационной безопасности за счет применения современных телекоммуникационных решений, а также использование их в совокупности.

Материалы и методы. Применен протокол BFD совместно с протоколом IS-IS для быстрого восстановления работоспособности сети после сбоя и переключения на резервный канал.

Результаты. Разработана общая схема транспортной сети мобильного узла связи. В качестве протокола маршрутизации предложено использовать протокол внутридоменной маршрутизации IS-IS совместно с протоколом выявления сбоев в канале передачи BFD для определения сбоев в канале передачи данных за кратчайшее время и переходить на другой доступный канал. Для обеспечения высокого уровня информационной безопасности предлагается применять технологию VRF (виртуальная маршрутизация) для каждого используемого канала связи, отдельно создавая виртуальный маршрутизатор для удаленного управления сетевым оборудованием.

Выводы. Описанная реализация системы связи мобильного узла позволит обеспечить высокий уровень информационной безопасности за счет применения современных телекоммуникационных решений, а также использования их в совокупности. Обеспечение резервирования каналов связи повысит надежность и безопасность предоставляемых услуг связи.

Ключевые слова: мобильный узел связи, канал передачи данных, MPLS, маршрутизация IS-IS.

L. V. Kuts, T. A. Govor, S. V. Kachalin

THE USE OF MODERN TELECOMMUNICATION SOLUTIONS IN THE ORGANIZATION OF MOBILE NODES

Abstract.

Background. The object of the study is mobile communication nodes. The subject of the research is the application of modern telecommunication solutions in mobile communication nodes. The aim of the work is to create a fault - tolerant and reliable information transmission system that provides a high level of information security through the use of modern telecommunication solutions, as well as their use in the aggregate.

© Куц Л. В., Говор Т. А., Качалин С. В., 2018. Данная статья доступна по условиям всемирной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License (http://creativecommons.Org/licenses/by/4.0/), которая дает разрешение на неограниченное использование, копирование на любые носители при условии указания авторства, источника и ссылки на лицензию Creative Commons, а также изменений, если таковые имеют место.

№ 4 (48), 2018 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

Materials and methods. The use of BGP in conjunction with the is-is Protocol for fast recovery of a network after a failure and switch to backup channel.

Results. The General scheme of a transport network of a mobile communication node is developed. As a routing Protocol, it is proposed to use the IS-IS intradomain routing Protocol together with the failure detection Protocol in the BFD transmission channel to identify failures in the data transmission channel in the shortest time and move to another available channel. To ensure a high level of information security, it is proposed to use VRF technology(virtual routing) for each communication channel used, separately creating a virtual router for remote management of network equipment.

Conclusions. The described implementation of the mobile node communication system will provide a high level of information security through the use of modern telecommunication solutions, as well as their use in combination. Provision of redundant communication channels will improve the reliability and security of communications services.

Keywords: mobile communication node, data channel, MPLS, IS-IS routing.

В настоящее время перед мобильными узлами связи (МУС) поставлены задачи по обеспечению отказоустойчивости и надежности передачи информации. Перечень возможных услуг специальной связи постоянно расширяется. В связи с переходом организационно-технических структур сетей связи специального назначения для нужд государственного управления Российской Федерации на использование цифровых сетей передачи данных меняются и требования абонентов к терминальным устройствам.

В рассмотренных современных отечественных узлах связи [1] используется, как правило, 2-3 канала связи для передачи данных. В качестве основного выступает спутниковый канал, так как позволяет обеспечивать связью из любой точки мира. В случае выхода из строя основного канала передачи данных переключение на другие каналы происходит в ручном режиме. Автоматический переход на резервные каналы не предусмотрен.

Мобильный узел связи, исходя из назначения и условий применения, должен обеспечивать:

а) оперативную организацию и предоставление всех видов услуг специальной связи;

б) возможность присоединения к любым сетям связи общего пользования, ведомственным сетям связи и сетям специальной связи, доступным в месте развертывания мобильного узла связи;

в) организацию привязки к нескольким узлам одной или различных сетей связи;

г) организацию одной или нескольких линий привязки от точек привязки присоединяемых сетей связи к месту предоставления услуг специальной связи;

д) информационную безопасность при организации и предоставлении услуг специальной связи;

е) горячее (нагруженное) резервирование и агрегацию пропускной способности привязок мобильного узла связи;

ж) гарантированное качество предоставляемых услуг специальной связи, включая обеспечение надежности и устойчивости.

В качестве единой коммуникационной основы МУС используется транспортная сеть с коммутацией пакетов [2, 3]. Организация связи мобильных узлов проводится со стационарными узлами через каналы (линии) связи, организованные с использованием ресурсов сетей связи общего пользования. Выход во внутреннюю сеть и сети специальной связи предлагается осуществлять через стационарные узлы доступа. Обобщенная схема транспортной сети мобильного узла связи представлена на рис. 1.

Основными каналами передачи данных, используемыми в сетях специальной связи, являются:

- волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС): от 1 до 10 Гбит/с на расстоянии 1 км;

- проводные xDSL линии связи: до 15,2 Мбит/с на расстоянии до 7,5 км;

- сети PDH/SDH: ограниченная скорость передачи данных 2048 кб/с на один канал потока E1;

- беспроводной канал связи посредством использования радиоэлектронных станций широкополосного беспроводного доступа (РЭС ШБД): до 40 Мбит/с на расстоянии до 50 км в прямой видимости;

- канал связи UMTS/LTE: высокая скорость передачи данных до 100 Мб/с;

- спутниковый канал связи: до 30 Мбит/с в Ка-диапазоне.

Основной задачей МУС является обеспечение бесперебойной, устойчивой связи. Поэтому необходимо использовать все доступные каналы связи на случай выхода из строя одного (нескольких) каналов связи. Следует обеспечить автоматическое переключение на резервный канал связи за время не более 1 с без перерыва текущего сеанса связи, предоставляя при этом высокое качество услуг. Такое время переключения на резервный канал критично для передачи голоса, телефонии. Резервирование каналов возможно реализовать на платформе MPLS-маршрутизатора, что позволит обеспечить высокую скорость обработки маршрутной информации. Преимуществом использования технологии MPLS является быстрое восстановление работоспособности сети после сбоя. В основе механизма отказоустойчивости в IP-сетях лежат протоколы маршрутизации. В случае выхода из строя канала связи соседние узлы обнаруживают это и отражают изменения в сетевой топологии в своих служебных сообщениях. Для некоторых видов сетевых топологий время, прошедшее между сбоем и обновлением таблиц маршрутизации на всех узлах сети, может быть уменьшено с нескольких десятков секунд до нескольких секунд при использовании специальных механизмов снижения времени сходимости [4].

В качестве протокола маршрутизации предлагается использовать протокол внутридоменной маршрутизации IS-IS совместно с протоколом выявления сбоев в канале передачи BFD, что позволит маршрутизатору определять сбои в канале передачи данных за время менее 1 с и переходить на другой доступный канал [5, 6]. Помимо этого, необходимо для каждого канала связи создать отдельные VLAN (виртуальная локальная сеть). Услуги, которые предоставляет мобильный узел связи, изолированы в отдельные виртуальные локальные сети (VLAN). Технология VLAN позволяет изолировать сети внутри одного VLANa, независимо от того, подключены ли сети к одному маршрутизатору (или коммутатору) или к разным.

С целью обеспечения высокого уровня информационной безопасности предлагается применять технологию VRF (виртуальная маршрутизация) для каждого используемого канала связи, отдельно создавая виртуальный маршрутизатор для удаленного управления сетевым оборудованием. Работа каждого канала будет изолирована и маршрутизируется внутри одного виртуального маршрутизатора.

Каждый канал связи должен быть организован в отдельном туннельном интерфейсе (например, GRE-туннеле). Основным назначением GRE-протокола является туннелирование сетевых пакетов (инкапсуляция пакетов сетевого уровня сетевой модели OSI в IP пакеты).

Одним из важных аспектов разработки современных систем связи является применение технологии качества обслуживания сети (QoS), которая предоставляет гибкий и универсальный механизм приоритезации предоставляемых услуг связи. Применение технологии QoS в системе связи узлов доступа с мобильными узлами связи позволяет обеспечить необходимый уровень качества услуг [7].

Таким образом, предлагаемая схема организации связи в мобильных узлах обеспечит высокий уровень информационной безопасности и повысит надежность предоставляемых услуг связи.

Библиографический список

1. Сериков, И. В. Аппаратные управления и телекоммуникации, полевые подвижные инфокоммуникационные комплексы, мобильные пункты доступа разработки ОАО «НПП «Рубин» / И. В. Сериков, В. Е. Кузнецов, Ю. И. Серикова // Вопросы радиоэлектроники. Сер.: СОИУ. - 2015. - Вып. 2. - С. 142-158.

2. Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы : учеб. для вузов / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - 4-е изд. - СПб. : Питер, 2010. - 944 с.

3. Таненбаум, Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл. - 5-е изд. -СПб. : Питер, 2012. - 960 с.

4. Макаренко, С. И. Время сходимости протоколов маршрутизации при отказах в сети / С. И. Макаренко // Системы управления, связи и безопасности. - 2015. -№ 2. - С. 45-98.

5. Гольдштейн, А. Б. Технология и протоколы MPLS / А. Б. Гольдштейн, Б. С. Гольдштейн. - СПб. : БХВ - Санкт-Петербург, 2005. - 304 с.

6. Martey, A. IS-IS Network Design Solutions / A. Martey. - Indianapolis : Cisco Press, 2002. - 405 с.

7. Официальный сайт компании Cisco Systems. - URL: http://cisco.com (дата обращения: 12.02.2018).

References

1. Serikov I. V., Kuznetsov V. E., Cerikova Yu. I. Voprosy radioelektroniki. Ser.: SOIU [Issues of radio electronics. Series: SIDM]. 2015, iss. 2, pp. 142-158.

2. Olifer V. G., Olifer N. A. Komp'yuternye seti. Printsipy, tekhnologii, protokoly: ucheb. dlya vuzov [Computer networks. Principles, technologies, protocols: textbook for universities]. 4th ed. Saint-Petersburg: Piter, 2010, 944 p.

3. Tanenbaum E., Uezeroll D. Komp'yuternye seti [Computer networks]. 5th ed. Saint-Petersburg: Piter, 2012, 960 p.

4. Makarenko S. I. Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti [Systems of management, communication and security]. 2015, no. 2, pp. 45-98.

№ 4 (48), 2018 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

5. Gol'dshteyn A. B., Gol'dshteyn B. S. Tekhnologiya i protokoly MPLS [MPLS technology and protocols]. Saint-Petersburg: BKhV - Sankt-Peterburg, 2005, 304 p.

6. Martey A. IS-IS Network Design Solutions. Indianapolis: Cisco Press, 2002, 405 p.

7. Ofitsial'nyy sayt kompanii Cisco Systems [Official site of Sisco Systems]. Available at: http://cisco.com (accessed Febr. 12, 2018).

Куц Леонид Валентинович

кандидат технических наук, инженер-программист, Научно-производственное предприятие «Рубин»

E-mail: kuts_leonid@mail.ru

Говор Тарас Александрович начальник отдела, Научно-производственное предприятие «Рубин»

E-mail: govortaras@gmail.com

Kuts Leonid Valentinovich Candidate of engineering sciences, engineer-programmer, Research and Production Enterprise «Rubin»

Govor Taras Aleksandrovich Head of department, Research and Production Enterprise «Rubin»

Качалин Сергей Викторович

кандидат технических наук, заместитель начальника отделения, Научно-производственное предприятие «Рубин»

Kachalin Sergey Viktorovich

Candidate of engineering sciences, deputy head of department, Research and Production Enterprise «Rubin»

E-mail: s.kachalin@gmail.com

УДК 004.724.2 Куц, Л. В.

Применение современных телекоммуникационных решений при организации связи в мобильных узлах / Л. В. Куц, Т. А. Говор, С. В. Качалин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2018. - № 4 (48). - С. 118-123. - Б01 10.21685/2072-3059-20184-11.