Основа рыночной стратегии среднестатистического телекоммуникационного оператора заключается в сокращении капитальных и эксплуатационных затрат при повышении доходности услуг. Главными препятствиями на пути к поставленной цели, как правило, являются устаревающая сетевая инфраструктура и концептуальная неопределенность в вопросах сетевого развития. С завидной регулярностью производители сетевого оборудования изобретают очередное радикальное средство от «болезней роста» операторского бизнеса. Сегодня вендоры активно пропагандируют переход к так называемым сетям нового поколения — NGN.

Термины и определения

Основные термины и определения в области NGN содержатся в «Концептуальных положениях по построению мультисервисных сетей на ВСС России», утвержденных в 2001 году Минсвязи РФ. По версии авторов документа, NGN — это «концепция построения сетей связи, которые должны обеспечивать предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений». Минсвязи мотивирует переход к NGN необходимостью обеспечить потребителей некой «инфокоммуникационной услугой». В терминологии разработчиков «Концептуальных положений» это «услуга информационного общества, предполагающая автоматизированную обработку, хранение или предоставление по запросу информации с использованием средств вычислительной техники как на входящем, так и на исходящем конце соединения».

Производители телекоммуникационного оборудования и операторы связи более конкретны в определениях. Например, в Cisco Systems считают, что NGN представляет собой консолидированную сетевую среду, по которой передается трафик любого типа (ТфОП, Internet, беспроводных сетей).

Разработчики IskraTel предлагают такую версию: NGN представляет собой универсальную многоцелевую сеть, предназначенную для передачи речи, изображений и данных с использованием технологии коммутации пакетов. По сути, она является результатом слияния Internet и телефонных сетей, объединяя в себе их лучшие черты. На практике это означает гарантированное качество голосовой связи и передачи данных в критически важных приложениях. Таким образом, NGN имеет степень надежности, характерную для ТфОП (в противоположность негарантированному качеству связи через Internet) и обеспечивает низкую стоимость передачи в расчете на единицу объема информации (приближенной к стоимости передачи данных по Internet, а не ТфОП).

Представители операторской компании «Комстар» полагают, что NGN должна стать в широком смысле универсальной коммуникационной средой, предоставляющей пользователю доступ к максимальному количеству сервисов. Идею NGN, строительство которой оператор ведет уже больше года, можно выразить так: «Доступность любых сервисов, всегда и везде». На транспортном уровне такая сеть обеспечивает создание полносвязанной инфраструктуры для пакетной передачи данных разного типа, обеспечивающей поддержку качества обслуживания (QoS). Это выражается в отказе от принятой в сетях SDH и ATM канальной парадигмы, в рамках которой соединения между абонентами строятся по принципу «точка—точка», и переходе к идеологии виртуальных частных сетей (VPN), организующих доставку сервисов конечному пользователю поверх протокола IP.

В качестве физической среды передачи все чаще находят применение оптико-волоконные соединения. Передача IP-трафика непосредственно по оптоволокну считается оптимальной (с точки зрения затрат) технологией транспортировки данных. «Если консолидация сетей, передающих разнородный трафик, и существует, то проявляется она только на оптическом уровне. В целом, сложившееся положение дел характеризуется дублированием функциональности различных инфраструктур и устройств», — отметил менеджер сектора коммуникаций Алексей Киреев.

Самым эффективным транспортным механизмом для передачи мультимедийных потоков сотрудники Cisco считают фрейм — последовательность IP-пакетов с общим заголовком, воспринимаемую как единый квант информации. По версии Cisco, сеть NGN, в сущности, является распределенной архитектурой коммутации фреймов.

Исходя из собственного опыта строительства NGN, специалисты «Комстара» дают следующие комментарии: для организации мультисервисных сетей регионального уровня наиболее подходящими являются каналообразующие технологии 10 Gigabit Ethernet, xWDM и GMPLS. А для создания высокопроизводительной масштабируемой сетевой среды сейчас можно рекомендовать технологию MPLS последнего поколения (включающую в себя протоколы Traffic Engineering, Fast Reroute и др.).

На более высоких уровнях модели OSI сеть NGN открывает массу возможностей построения наложенных сервисов поверх универсальной транспортной среды — от пакетной телефонии (VoIP) до интерактивного телевидения и Web-служб. Сеть нового поколения отличается доступностью сервисов вне зависимости от местоположения пользователя и используемых им интерфейсов (Ethernet, xDSL, Wi-Fi и т. д.). Таким образом, любой сервис, созданный в любой точке Сети, становится доступным любому потребителю.

Универсальная формула

Главная архитектурная особенность NGN заключается в том, что передача и маршрутизация пакетов и базовые элементы транспортной инфраструктуры (каналы, маршрутизаторы, коммутаторы, шлюзы) физически и логически отделены от устройств и механизмов управления вызовами и доступом к услугам. Данный тезис является общепризнанным и достаточно подробно раскрыт на страницах «Концептуальных положений».

Перспективная архитектура NGN довольно наглядно показана на рис. 1, «позаимствованном» в этом документе. Здесь отчетливо видна иерархия сетевой инфраструктуры: транспортный уровень, уровень управления коммутацией и передачей информации, наконец, уровень управления услугами. Задача транспортного уровня — коммутация соединений и прозрачная передача информации. Уровень управления коммутацией и передачей служит для обработки сигнальных команд, маршрутизации вызовов и управления потоками. Уровень управления услугами содержит в себе логику предоставления услуг и доступа к приложениям.

Как отмечают авторы «Концептуальных положений», архитектура сетей NGN предполагает создание мультисервисной сети, причем первой фазой этого процесса является развертывание структуры мультипротокольной коммутации (MPLS). Основные преимущества технологии MPLS заключены в возможности легкой организации виртуальных частных сетей второго и третьего уровней (MPLS VPN), в обеспечении эффективного использования пропускной способности каналов связи и гарантированного качества услуг.

Организация VPN третьего уровня — наиболее востребованный способ применения MPLS. В этом случае для создания персональной таблицы маршрутизации каждого клиента используются так называемые виртуальные маршрутизаторы (Virtual Routing Instance). Протокол BGP обеспечивает взаимодействие клиента с пограничным маршрутизатором MPLS-сети и трансляцию меток, идентифицирующих конкретную VPN. Поскольку маршрутизаторы ядра сети, поддерживающие виртуальные каналы передачи, не обращаются к информации о той или иной VPN, данная архитектура имеет высокую масштабируемость.

Подобные услуги, называемые еще BGP VPN, используются теми подписчиками, которые нуждаются в передаче информации на третьем уровне и предпочитают перепоручить процессы маршрутизации внешнему провайдеру. Существенным плюсом модели BGP VPN является независимость типов абонентских интерфейсов на оконечных устройствах виртуальной сети.

Технология VPN второго уровня позволяет операторам заниматься передачей информации второго уровня через ядро IP-MPLS. Вот основные виды услуг, которые можно развернуть в рамках такой структуры: прозрачная передача различных каналов второго уровня поверх MPLS, услуга виртуального частного канала (которая обеспечивает передачу сигнализации и автоматическое обнаружение пользовательских устройств), объединение LAN с помощью виртуальных коммутаторов (Virtual Switch Instance). Поверх VPN второго уровня обычно передаются каналы Ethernet, ATM, frame relay, PPP и HDLC.

В общем виде мультисервисные сети описываются двухуровневой архитектурой, состоящей из региональной и магистральной (включая межрегиональную) составляющих (рис. 2). На региональном уровне мультисервисная сеть призвана обеспечивать подключение абонентов и предоставление им как транспортных, так и прикладных услуг (Value Added Services). Кроме того, она может стыковаться с инфокоммуникационными службами других региональных сетей. На магистральном уровне создаваемая NGN должна отвечать за прозрачный транзит конвергентного трафика, получаемого от региональных сегментов.

Что представляет собой типичная сетевая инфраструктура современного оператора связи? По сведениям представителей Cisco, самой распространенной является такая ситуация: оператор одновременно эксплуатирует раздельные платформы передачи, относящиеся к ядру сети. Передача голосового трафика осуществляется по каналам TDM, соединения уровня L2 и резервные подключения осуществляются с помощью технологий ATM и FR, а корпоративные сервисы VPN и услуги доступа в Internet предоставляются на базе IP-протокола. Правда, для развертывания последних некоторые отечественные операторы уже применяют мультипротокольную технологию коммутации MPLS. Но для реализации всех остальных сервисов в качестве транспортной основы обычно служит каналообразующая технология SDH.

Директор департамента технического развития ОАО «Уралсвязьинформ» Александр Федосеев сообщил, что IP- и TDM-сети этого оператора наложены на единую инфраструктуру SDH, в которой преобладает информация каналов TDM. Однако, по прогнозам аналитиков компании, в 2006 году объем передаваемых пакетных данных сравняется с объемом трафика TDM.

Технический директор «Комстара» Александр Кархов отмечает, что в традиционных системах передачи (SDH или ATM) принципиальной проблемой является их ориентированность на канальные архитектуры (виртуальные или физические). В них отсутствует гибкость, способность к расширению, что приводит к перегрузке сети и трудностям с интеграцией современных интеллектуальных IP-сервисов. В NGN подобных «узких мест» пока не выявлено, за исключением стандартных проблем, связанных с вводом в промышленную эксплуатацию и тестированием новых технологий и оборудования.

С точки зрения развития операторского бизнеса ахиллесовой пятой действующих сетей остается участок «последней мили». Особенно близко приходится сталкиваться с этой проблемой региональным операторам связи. Так, Федосеев отметил, что существующая ныне инфраструктура канального доступа является очень дорогостоящей, консервативной и не приспособленной к введению новых услуг. Сеть доступа NGN, включая ее абонентский участок, хорошо адаптируется под любые новые услуги (в том числе требующие большой полосы пропускания) и не нуждается в реконструкции при введении дополнительных сервисов.

Востребовано временем

Отправной точкой в определении стратегии развития сетевой инфраструктуры следует считать современные потребности клиентов в новых услугах. По данным компании Cisco, 66% опрошенных заказчиков в США, Европе и Латинской Америке готовы инвестировать в организацию услуг IP-VPN. За получение сервиса, связанного с управлением информационной безопасностью, высказались 58% респондентов. И ровно половина бизнес-пользователей согласны выделить средства на развертывание служб VoIP. При этом менеджеры Cisco указывают, что 29, 27 и 25% заказчиков соответствующих сервисов предпочли бы перепоручить реализацию указанных функций операторам связи. Чем не новый источник пополнения доходов для игроков телекоммуникационного рынка!

В сетях NGN реализуется полномасштабное предоставление услуг пакетной телефонии, голосовой и универсальной почты, IP-Centrex, телеобучения, VPN, передачи данных, видеоконференц-связи и т. д., включая дополнительные информационные сервисы.

С другой стороны, традиционные сети характеризуются множеством «привычных» услуг. Они приносят стабильный доход и организуются с помощью проверенных временем систем и надежных интерфейсов. Многие операторы задаются вопросом, а стоит ли затевать революцию сейчас, когда курица еще несет золотые яйца. Поэтому основное пожелание операторов к поставщикам решений NGN вполне обоснованно: получить при внедрении максимальную отдачу, затратив на модернизацию сетевой инфраструктуры минимум средств.

В поиске доказательств

В России построено уже более десятка сетей, соответствующих концепции «нового поколения». Среди них следует упомянуть проекты операторов «Уралсвязьинформ», ЮТК и, наконец, столичного «Комстара».

Свойствами сети NGN «Комстар» являются передача любого вида трафика на базе пакетной коммутации, разделение функций управления между системами переноса данных, контроля за вызовами и серверами приложений, поддержка открытых интерфейсов на платформах доступа, широкий набор операторских служб, прозрачное взаимодействие с традиционными сетями общего пользования. На разных стадиях коммерческой готовности находятся службы высокоскоростного доступа в Internet, IP-телефонии (в том числе предоставляемые по аутсорсинговой модели Centrex) и сервис виртуальных LAN для объединения корпоративных сетей по высокоскоростным каналам городской сети.

Во всех случаях клиентам предоставляются механизмы обеспечения заданного качества обслуживания (QoS).

Руководство уральского оператора считает, что на нынешнем этапе рано говорить о том, какие услуги NGN будут востребованы в первую очередь и в каком объеме. Как одну из самых насущных задач в «Уралсвязьинформе» расценивают работу над созданием локально ориентированного контента. Главные надежды, связанные с коммерческой отдачей от инвестиций в NGN, возлагаются на базовую телекоммуникационную услугу, то есть телефонный вызов, который будет поддерживаться со всем присущим ему функциональным многообразием. Не менее перспективным признается развертывание служб IP-Centrex, IP-VPN и интеллектуальной сети (IN).

Поскольку экономические выгоды, по словам Федосеева, заложены уже в самом факте появления конвергентной среды переноса информации, неизбежным развитием бизнеса на почве NGN станет широкое внедрение развлекательных услуг для частного пользователя, включая потоковое телерадиовещание, видео интерактивное и по требованию, сетевые игры. Не за горами и наступление эры дистанционного обучения и телемедицины.

Конечно, исчерпывающим подтверждением перспективности идеологии NGN могли бы послужить данные о фактических сроках возврата инвестиций в реконструкцию сетевой инфраструктуры, а также точные сведения о притоке абонентов и росте операционных доходов. К сожалению, российские операторы либо не готовы, либо не считают возможным раскрывать коммерческую информацию о своих крупномасштабных проектах.


Открытый урок «Открытых технологий»

Интеграторская компания «Открытые Технологии» провела семинар на тему «Технологии сетей нового поколения (NGN)».

На примере проекта модернизации телефонной сети Западно-Уральского производственно-технического управления связи (ЗУ ПТУС) «Связьтранснефти» специалисты фирмы познакомили слушателей с практическими аспектами реконструкции традиционной телефонной сети и создания на базе унаследованного оборудования платформы для предоставления современных услуг.

При реализации проекта начальные условия оказались типичными для ведомственных систем связи России. В распоряжении заказчика имелись традиционные (медные) кабельные сети, находящиеся в эксплуатации 30—40 лет, и ISDN-телефонная инфраструктура, обслуживающая порядка 9 тыс. абонентов. Телематические данные передавались по тем же каналам, что и голосовой трафик.

В последнее время из-за резкого роста телефонного трафика отказы сети в периоды пиковой нагрузки стали обыденным явлением. Число же абонентов продолжало расти. В условиях довольно ограниченного бюджета предприятию было нужно увеличить пропускную способность каналов, снизить нагрузку на коммутаторы, обеспечить заданные качество и доступность традиционных сервисов, наконец, предложить клиентам современные услуги. Реконструкцию требовалось провести с минимальными паузами в обслуживании и в сжатые сроки.

Как сообщил Сергей Белик, менеджер отдела развития решений «Открытых технологий», сначала был рассмотрен радикальный вариант модернизации, заключавшийся в создании оптической магистрали. Но это дорогостоящее решение не решало проблем с перегрузкой АТС. А замена телефонной станции вкупе с прокладкой оптоволоконных трактов означала полную реорганизацию сети и представлялась заказчику недопустимой роскошью.

Эффективное решение заключалось в создании пакетной среды передачи данных с использованием протокола IP на сетевом уровне и динамической маршрутизацией IP-трафика по наименее загруженным каналам. Реконструкцию инфраструктуры сети провели с применением интегрированной платформы Cisco AVVID. Специалисты «Открытых технологий» позаботились, чтобы функциональность унаследованного телекоммуникационного оборудования Alcatel A4300L/A4400 и магистральных цифровых систем ИКМ-30/60/120 производства ОАО «Морион» полностью сохранилась, а надежность передачи данных и доступность услуг связи — повысились. Все работы (ввод в эксплуатацию девяти узлов) были проведены всего за две недели и практически без простоев рабочей сети.

Модернизированная сеть ЗУ ПТУС имеет утроенную пропускную способность по сравнению с производительностью прежней сети связи. Решение Cisco позволило осуществлять прозрачную транспортировку межстанционного голосового трафика в обход телефонных коммутаторов Alcatel, с которых были также сняты функции передачи данных и маршрутизации транзитных звонков. Кроме того, прежним и новым клиентам сети обеспечены современные услуги связи: пакетная телефония (VoIP), передача аудио- и видеопотоков по протоколу IP, высокоскоростной доступ к Internet, организация виртуальных частных сетей (IP-VPN).

Проведенные работы позволили ЗУ ПТУС сохранить ранее сделанные инвестиции в инфраструктуру и повысить эффективность эксплуатации имеющейся технической базы. Все это дает заказчику возможность технологически безболезненной замены физической среды передачи (перехода с меди на оптику). Оборудование наиболее загруженных узлов впоследствии можно заменять на более производительные устройства — с вытеснением устаревших систем на периферию сети. Таким образом, быстро, экономично и без революционных потрясений была создана основа для построения сети нового поколения NGN.


Опыты производителей

На прошедшей осенью выставке ITU Telecom World 2003 компания IskraTel представила новейшее коммутационное решение NG SI2000. Отдельные элементы данной платформы функционируют как независимые модули и, подобно детскому конструктору, позволяют эффективно конфигурировать мультисервисные сети по желанию заказчика.

Для конечных абонентов IskraTel выпускает линейку VoIP-телефонов и терминальных адаптеров. На транспортном уровне семейство продуктов NG SI2000 представлено шлюзом передачи данных разных типов (медиа-шлюзом) MGW. Он используется в качестве универсального моста между сетью TDM и сетью с коммутацией пакетов. В IskraTel считают, что медиа-шлюз является ключевым элементом миграции к сетям NGN или организации доступа к ним. Эта компания производит медиа-шлюзы в двух вариантах: автономный (со встроенными функциями управления вызовами) и «обычный» (со встроенными функциями шлюза сигнализации) — для преобразования протоколов SS7 и DSS1 в пакетируемые команды.

Для обеспечения доступа аналоговых и ISDN-абонентов (с интерфейсами BRI и PRI) к пакетной сети IskraTel предлагает специальные абонентские шлюзы AGW. Они могут использоваться как в системах связи общего пользования, так и в ведомственных корпоративных сетях. А для подключения терминального VoIP-оборудования (телефонов или адаптеров) вендор предлагает шлюз VGW. Разнообразие линейки абонентских шлюзов помогает заказчику осуществить плавный переход с архитектуры TDM на NGN.

Разделение управленческих функций в сетях NGN привело к возникновению оборудования нового типа. В данном случае управление вызовами, обработку сигнализации, управление медиа-шлюзами и устройствами доступа обеспечивает сервер обработки вызовов, он же программный коммутатор или SoftSwitch. Сервер обработки вызовов взаимодействует с серверами приложений (по протоколам MGCP, Megaco, CSTA, LDAP и SIP), медиа-шлюзами (MGCP, Megaco/H.248), другими компонентами обработки вызовов (SIP-T, H.323, BICC) и получает команды на активацию дополнительных сервисов от шлюзов сигнализации (SigTran, SCTP, M3UA и IUA).

Для управления доступом к приложениям и услугам служат медиа-серверы. Например, голосовой медиа-сервер позволяет прослушивать сообщения электронной почты благодаря активации речевого синтезатора, вводить данные путем тонального набора с телефона или с помощью речевых команд. Устройство подключается к контент-серверу, на котором хранятся голосовые файлы и сценарии обслуживания клиентов, написанные на языке VoiceXML.

За передачу видеоинформации и трансляцию видеопотоков по универсальной сети IP/Ethernet отвечает видеосервер. Он оцифровывает исходный аналоговый видеосигнал и инкапсулирует информационный трафик в IP-пакеты с заголовками, содержащими параметры приоритетов.

Одним из лидеров в области решений для построения NGN, как обычно, считается компания Cisco, которая также реализовала в своих продуктах концепцию SoftSwitch. Ключевыми элементами NGN-платформы данного производителя являются контроллер сигнализации Cisco PGW 2200 и программный коммутатор BTS 10200.

Платформа Cisco PGW 2200 представляет собой программно-аппаратный шлюз в ТфОП. Он содержит специализированное ПО Media Gateway Controller (MGC), работающее на двух серверах операторского класса серии Netra производства Sun Microsystems под управлением ОС Solaris 8, а также набор терминалов сигнальных каналов Cisco SLT и коммутаторов локальной сети для организации IP-взаимодействия между компонентами. Резервирование серверов обеспечивает отказоустойчивость функционирования всего комплекса и гарантированное предоставление услуг в случае аварии одного из них. Cisco PGW 2200 может работать в режимах контроллера сигнализации и программного коммутатора.

В первом случае система служит для организации взаимодействия устройств удаленного доступа и голосовых шлюзов H.323 и SIP с телефонной сетью общего пользования с помощью сигнализации SS7. Система терминирует команды SS7, преобразует их в соответствующие расширенному варианту протокола Q.931 (Q.931+) и доставляет на шлюзы по сети IP. В этом режиме именно пограничные шлюзы инициируют установление соединения по H.323 или SIP.

В качестве программного коммутатора оборудование PGW 2200 терминирует сигнализацию SS7 и ISDN PRI и на основе анализа номерного плана принимает решение о маршрутизации вызова. Управление голосовыми шлюзами осуществляется по протоколу MGCP. Кроме MGCP поддерживаются сигнальные интерфейсы H.323 и SIP (для соответствующих клиентских устройств).

В сети может быть установлено до 64 территориально распределенных узлов PGW 2200, которые «общаются» друг с другом по протоколу Cisco EISUP (Extended ISUP) поверх Reliable UDP/IP. В системе поддерживаются динамически загружаемые номерные планы, полный анализ и преобразование номеров вызываемого и вызывающего абонента, ряд других функций.

Программный коммутатор BTS 10200 класса 5 реализует свыше 90 дополнительных телефонных услуг типа Centrex. Он также поддерживает протоколы H.323 и SIP, а управление абонентскими шлюзами осуществляет по MGCP. Программный коммутатор Cisco характеризуется довольно высокой производительностью: 200 вызовов в секунду на фрейм BTS при абонентских соединениях и 300 вызовов в секунду на фрейм BTS при транзите. В полной комплектации SoftSwitch BTS 10200 способен одновременно обслуживать 36 тыс. абонентских вызовов.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями