Сети нового поколения. Задачи и проблемы

Субботин Михаил Юрьевич,

аспирант,

заместителем генерального директора ООО «Контур-M»,

Фирсов Андрей Юрьевич,

аспирант,

старший инженер ЗАО «АтлантикТрансгазСистема».

Московский авиационный институт (Государственный Технический Университет) МАИ».

Телекоммуникационные сети относятся к сложным и консервативным техническим системам. Однако, в тоже время, отрасль связи одна из самых динамично развивающихся. Данное противоречие приходится учитывать при разработке решений по модернизации существующих сетей. Эффективность подобных работ в значительной мере определяется правильной оценкой эволюционных процессов, свойственных для отрасли связи сегодня.

Процессы развития отрасли связи сегодня целесообразно оценивать с различных сторон. Для адекватной оценки важны показатели как технического, так и экономического характера. Исследование развития телекоммуникационной отрасли привело к формированию новой концептуальной модели построения сетей, определяющей функциональные возможности этих сетей на ближайшие несколько лет. Соответствующая концепция известна под аббревиатурой NGN (Next Generation Network) – Сеть следующего поколения. Идея перехода к NGN очень привлекательна как операторам связи, так и всему телекоммуникационному миру в целом. Однако ей, как и любому новому направлению развития связи, свойственны недостатки, недооценка которых может отразиться серьезными последствиями для всех участников рынка телекоммуникационных услуг [1].

Теоретически фундаментом для построения NGN-сети может стать любая существующая телекоммуникационная система. Основой может выступать и телефонные сети общего пользования, и сети передачи данных, и телевизионные сети кабельного вещания. При выборе в качестве основы для создания NGN существующей телекоммуникационной сети следует учитывать ряд важных требований: большое количество охваченных абонентов, поддержка интерактивного режима, наличие современной инфраструктуры, возможность дальнейшего развития существующей сети.

Необходимо отметить несколько процессов, происходящих при развертывании NGN-сети. Один из немаловажных процессов – процесс сглаживания различий в структуре сетей, базирующихся на разных технологиях, который многие специалисты в области связи называют «процессом конвергенции в телекоммуникационной системе». К примеру, на различных уровнях иерархии сетей, являющихся основой для предоставления  различных видов услуг, использовались разные архитектуры построения. В магистральных линиях телефонных сетей практическое применение находили структуры типа «дерево» и «звезда», в сетях передачи данных – «звезда» и «шина», в телевидении использовалась топология «дерево». Внедрение цифровых систем передачи пакетной информации привело к унификации структуры транспортной сети на всех уровнях. Магистрали практически всех видов сетей выполнены по кольцевой топологии, а домовые распределительные сети по топологии «звезда». Другими словами, структуры транспортных сетей приобрели максимальное сходство. Похожая ситуация произошла с конвергенцией технических средств построения и услуг [2].

Процесс интеграции заключается в сокращении капитальных и/или эксплуатационных затрат оператора. Кроме того, построение интегральных сетей и систем часто снижает риски, которые неизбежно возникают в операторской деятельности. Абонента же не интересует способ построения сети и технические средства, которые выбраны оператором. Абоненты, как правило, предъявляют требования к качеству обслуживания и стоимости услуг. Основная идея NGN – это создание одной сети для обслуживания всех видов трафика. Принято считать, что капитальные затраты на одну  мультисервисную сеть будут меньше, чем инвестиции на создание нескольких сетей, каждая из которых поддерживает ограниченный набор услуг. Поэтому капитальные затраты при строительстве NGN-сети «с нуля» будут значительно снижены. Такая же ситуация складывается с экономией эксплуатационных расходов. Некоторые оценки показывают, что сокращение издержек оператора при построении NGN может стать весьма существенным [2].

Параллельно основным процессам при эволюции телекоммуникационных сетей происходят и некоторые другие изменения. Так, к примеру, многие операторы связи в настоящее время используют разные технологии для предоставления различных услуг, физически используя одну и ту же транспортную среду. То есть подразумевается использование одного  кабеля с оптическими волокнами, которые используются различными системами передачи, различающимися технологией проброса пакетов [3].

Для выбора стратегии построения NGN могут быть использованы различные подходы. В любом случае логично начать с анализа основных проблем, свойственных идеологии NGN. Одним из существенных недостатков NGN можно считать те ограничения на её создание, которые обусловлены использованием пакетных технологий передачи и коммутации. Операторы в ряде развитых стран начали формирование NGN с модернизации междугородной телефонной сети. Фактически же основой для развития NGN-сетей может явиться любая сеть, основанная на технологии «коммутация пакетов» [4].

Рис. 1. А) Коммутация каналов. Б) Коммутация пакетов.

Для реализации NGN-сети на всех уровнях иерархии сети потребуется довольно много времени, поэтому в течении некоторого периода сути основанные на «коммутации каналов» и «коммутации пакетов» будут сосуществовать. Следовательно, необходимо уже сейчас проанализировать границу смены технологий коммутации. Как правило, преобразование технологий происходит в разных точках сети, начиная от абонентских устройств до границ IP-сетей междугородних операторов связи.

Интеграционные процессы, составляющие суть концепции NGN, стимулируют рост пропускной способности транспортных ресурсов и производительности устройств распределения информации, а также существенное повышение требований к показателям качества обслуживания трафика. При планировании развертывания NGN-сети можно руководствоваться следующими утверждениями:

- пропускная способность транспортных ресурсов в значительной мере будет определяться аналогичными величинами самой широкополосной из всех интегрируемых сетей;

- производительность устройств распределения информации (маршрутизаторов), как правило, будет вычисляться по требованиям трафика, наиболее критичного к времени задержки сигнала и потерям пакетов (например, передача видеоизображений и голоса);

- показатели качества обслуживания будут более жесткими, чем такие же нормы, принятые для существующих сетей [1].

Рассмотрим каждое из утверждений более подробно.

Магистральные участки современных транспортных сетей основаны на широкополосном оптическом кабеле. Для обеспечения требований NGN в части повышения пропускной способности в таких сетях могут применяться системы спектрального мультиплексирования. Кроме того, для решения этой задачи часто применяются традиционные варианты: использование резервных волокон, предусмотренных на этапе проектирования и установка оборудования, с возможностью дальнейшего увеличения пропускной способности.

Сложнее дело обстоит с сетями на уровне доступа. Существует несколько подходов к решению данной проблемы. Одним из них является строительство сетей с архитектурой FTTH (Fiber To The Home), то есть проникновение оптического сегмента непосредственно до абонента. Данное решение находит свое отражение во многих сетях США и Японии. Другой подход подразумевает использование «короткой меди». То есть сокращение медного сегмента до минимума, что позволяет применять высокоскоростные xDSL технологии, например, VDSL.

Рассчитывать производительность маршрутизаторов следует исходя из специфики технологии «коммутация пакетов». Производительность таких устройств измеряется количеством передаваемых пакетов за единицу времени и выявляется путем определения числа абонентов в пиковой нагрузке и количеством запросов от одного абонента. Для связи по обмену данными и передачи видеоизображений количество обрабатываемых пакетов становится весьма существенным, По этой причине величина производительности устройств распределения информации в NGN будет радикально отличаться от тех показателей, которые привычны для технологии «коммутация каналов».

Использование пакетной передачи данных требует пересмотра некоторых показателей качества обслуживания трафика. Более того, требования к качеству постоянно растет в независимости от типа используемых технологий.

Пакетная передача информации характеризуется временем задержки передачи сигнала. Время задержки есть не что иное, как совокупность времени формирования передачи и обработки сигнала. Как уже отмечалось выше, некоторые новые услуги, например, IPTV и VoIP, весьма требовательны к качеству сети распространения. Эти требования предопределяют выбор среды передачи и методов помехоустойчивой обработки информации. Поэтому для операторов, предоставляющих такие виды услуг необходимо четко рассчитать критическое время задержки сигнала, во избежание превышения допустимой нормы для того или иного вида услуг [5].

Одним из немаловажных факторов развертывания любой телекоммуникационной сети является определение её надежности. При оценке надежности сети NGN целесообразно выделить две составляющие: надежность коммутационного оборудования и надежность инфраструктуры IP.

При переходе на NGN-сети место узла коммутации с «коммутацией каналов» занимает так называемый «гибкий коммутатор» - Softswitch. Как правило, все элементы сетей следующего поколения обладают достаточной отказоустойчивостью, однако функции узла коммутации выполняют не только гибкие коммутаторы, но также сервера, шлюзы, контроллеры и т.д., вследствие чего надежность системы в целом падает (так как общий коэффициент является результатом перемножения коэффициентов отдельных устройств). В настоящее время производители оборудования постоянно совершенствуют алгоритмы обработки и передачи сигнала в своих устройствах, поэтому данная проблема, по всей видимости, будет устранена в ближайшее время.

На сегодняшний день производители оборудования решают эту проблему путем возможности резервирования всех активных элементов сети. Зачастую операторы связи применяют возможность резервирования с географическим разнесением активных элементов, что позволяет соблюсти один из основных принципов построения отказоустойчивых сетей связи – отсутствие в структуре «единой точки отказа» [6].

Бесспорно, построение NGN-сетей является важнейшим  направлением развития рынка телекоммуникационных услуг. Оператор может увеличить свою прибыль как за счет внедрения дополнительных услуг и, следовательно, увеличения доходов, так и минимизировав капитальные и эксплуатационные затраты. Опыт эксплуатирования таких сетей уже в ближайшее время поможет оценить все достоинства и недостатки данной концепции построения сетей.

Литература

1.                  Соколов Н.А. Особенности современных эволюционных процессов в электросвязи. – «Вестник связи» №4’2008.

2.                  Соколов Н.А. Процессы конвергенции интеграции и консолидации в современной телекоммуникационной системе. – «Connect! Мир связи», октябрь 2007.

3.                  Субботин М.Ю., Колпаков И.А.  Особенности реализации оптической транспортной среды при строительстве сетей с архитектурой FTTB/FTTH. - “Кабельщик”, 2007, №5 (19).

4.                  Соколов Н.А. Пути преобразования телефонных сетей в NGN-сети. – «Connect! Мир связи», №5, 2007.

5.                  Б.С. Гольдштейн. Системы коммутации. – СПб, «БХВ-Санкт-Петербург», 2003.

6.                  В.А. Нетес. Надежность сетей связи в период перехода к NGN. – «Вестник связи», №9,2007.

Поступила в редакцию 10.07.2008 г.