9.Анализ направлений дальнейшего развития систем коммутации

Предоставление услуги телефонии ис­торически является основным направле­нием производственной деятельности и основным источником дохода тради­ционных операторов связи. 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). Техническая возможность предо­ставления услуги обеспечива­лась путем передачи абонентам во вре­менное пользование разговорного тракта с определенными характеристика­ми. Принято выделять три концепции развития телефонных сетей общего пользования:

традиционные телефонные сети Plain Old Telephone Service (POTS);

цифровые сети с интеграцией служб Integrated Service Digital Network (ISDN);

сети связи нового поколения Next Generation Network (NGN).

В сетях POTS используются аналоговые системы передачи и системы коммутации декадно-шаговых, координатных, ква­зиэлектронных и ранних версий цифро­вых систем коммутации. Возможности таких сетей по предоставлению услуг ограничены базовой услугой телефонии и дополнительными видами обслуживания, предоставляемыми в пределах зоны действия одной системы коммутации. Дальнейшее развитие сетей POTS было сосредоточено на внедрении цифровых систем передачи и цифровых систем коммутации каналов, которые использовались в качестве узлов и автоматических телефонных станций. Функ­циональные возможности цифровых АТС и сети связи в целом были существенно расширены благодаря переходу к системе сигнализации по общему каналу ОКС №7.

В настоящее время сетевая структура для предоста­вления услуг телефонии включает в свой состав сетевые фрагменты как на основе решений POTS, так и на основе ISDN. Концепция ISDN предполагала создание сети, позволяющей предоста­влять в рамках единой сетевой структу­ры различные виды услуг связи. Общая тенденция развития заключается в замещении морально устаревшего теле­коммуникационного оборудования. В последнее время цифровые АТС приобретают конвергентный характер, совмещая коммутацию каналов и коммутацию пакетов.

Концепция сетей связи нового поколения Next Generation Network (NGN), или New Public Network (NPN) отражает философию трансформа­ции традиционных технологий в единую универсальную архитектуру сети будущего. Базовый принцип NGN - разделение функций переноса и коммутации, управления вызо­вом, управления услугами. Сети NGN относятся к гибридным сетям, в которых те­лефония надстраивается над инфраструктурой сетей передачи данных. В сетях NGN используются технологии пакетной передачи и коммутации, которые базируются на фи­зическом слое оптических каналов и обес­печивают полноценное взаимодействие с существующими сетями. Приведем одно из определений сети NGN: «Сети связи следующего поколения – это общее понятие для инфраструктуры, реализующей перспективные услуги, кото­рые в будущем должны быть предложены операторам мобильных и фиксированных сетей, одновременно с продолжением под­держки всех существующих на сегодняш­ний день услуг».

В анно­тации к рекомендации Y.2001 МСЭ, определяющей целевые и фундаментальные характеристики NGN указа­но, что NGN задумана как конкретная реа­лизация Глобальной инфор­мационной инфраструктуры. В рекомендации Y.2001 регламентированы основные возможности NGN, обозначены такие ключевые пробле­мы, как архитектурные принципы и модели, реализация качества обслуживания по принципу «из конца в конец», управление NGN, безопасность, нумерация и адреса­ция, устойчивость к воздействию дестаби­лизирующих факторов.

Для сети NGN характерно наличие таких 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.

Предполагается, что в состав сети NGN мегаполиса войдут:

программный коммутатор SoftSwitch пакетной сети (программно-аппаратный комплекс) для уп­равления вызовами и поддержки протоколов взаимной трансляции и 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, и 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.

Задачи программного коммутатора - конвертировать трафик сигнализации и поддерживать конвер­генцию сети телефонной связи с IР-сетями. По аналогии телефонными сетями понятие «Softswitch» происходит от английских слов software - программное обеспечение и switch - в контексте "телефонный ком­мутатор. Включение Softswitch в современной сети связи общего пользования представлено на рис.9.1.

Рис. 9.1. Схема включения Softswitch

Программный коммутатор Softswitch Softswitch класса 4 коммутирует только транзитные вызовы сигнализации, получая трафик из сетей с разными протоколами. Наиболее важная функция Softswitch класса 4 - возможность маршрутиза­ции вызовов по­сле анализа максимального количества параметров вы­зова. Чем больше па­раметров будет анализиро­вать SoftSwitch при приня­тии решения о маршрутиза­ции, тем больше "интеллек­туальных" услуг оператор сможет предоставить на сво­ей сети. К числу этих услуг относятся услуга FreePhone (обслуживание без оплаты) и ус­луга VPN (частная виртуаль­ная телефонная сеть). Имея SoftSwitch класса 4, оператор мо­жет вводить на сети маршрутизацию по наимень­шей стоимости (LCR, Least Cost Routing) или маршрутиза­цию по наилучшему маршру­ту (BCR, Best Choice Routing).

Программный коммутатор Softswitch класса 5 обеспечивает подключение оконечных пользователей телефонии и предоставление им разнообраз­ных интеллектуальных услуг. Контролируя все вызовы от абонентов, прописанных у него в конфигурации, про­граммный коммутатор может на основании внутренней логики и определенных настроек предоставлять разнообразные виды интел­лектуальных услуг. В такой сети пользователи имеют нумерацию Е.164 (традиционную нумерацию сетей телефонной связи), чем гарантируется максимальное удобство при переходе к NGN.

Программный коммутатор SoftSwitch дол­жен поддерживать такие изве­стные протоколы IP-телефо­нии как MGCP, H.248 (MEGACO), SIP, H.323, а также ряд других известных протоколов, которые указаны на рис.9.1 в соответствии с вариантами использования. Задача программного коммутатора - осуществлять взаимную трансляцию этих протоколов, то есть преобразо­вание вызовов, пришедших на SoftSwitch, из одного про­токола в другой. Могут поддерживаться различные протоколы телефонной сигнализации. Реше­ние о маршрутизации вызова в том или ином направлении принимается SoftSwitch по­сле анализа максимального количества параметров вы­зова (напри­мер, данные аппаратуры автоматического определения номера вызывающего абонента, IP-адрес вы­зывающего абонента, время суток). Имеются проблемы в регулировании услуг IP-телефонии в VoIP-сетях (Voice of IP) в таких аспектах как: налого­обложение предоставляемых услуг, ока­зываемых на территории РФ; обеспе­чение системы оперативно-розыскных мероприятий (СОРМ) в реальном времени. По мере проникнове­ния VoIP-технологий в сети связи об­щего пользования это обстоятельство привело к появле­нию разнообразных механизмов обеспе­чения межсетевого взаимодействия. Одним из таких механизмов стал появившийся и развивающийся класс оборудования — пограничные кон­троллеры сессий (Session Border Controller, SBC), основной функцией которых является обеспече­ние взаимодействия на границе двух различных IP-сетей.

Пограничный контроллер сессии SBC можно представить как два сдвоен­ных упрощенных программных коммутатора Softswitch класса 5, работающих в смежных IP сетях и соединенных между собою внутренним интерфейсом. В случае раз­межевания сети доступа и магистраль­ной сети контроллер SBC для подклю­ченных терминальных устройств будет выполнять функции коммутатора клас­са 5, то есть реализовывать обслужива­ние оконечной нагрузки - по крайней мере, в части функций, связанных с обеспечением безопасности сети. По­добная структура обеспечивает раздель­ное обслуживание сессий, как для сиг­нального, так и для информационного трафика во взаимодействующих сетях. Их логическое разделение позволяет внедрить на стыке функции взаимодействия протоколов сигнали­зации, адаптации параметров качества обслу­живания приложений, администрирования полосы пропуска­ния; обеспечения безопасности. Пограничный контроллер сессии SBC подходит для реа­лизации функций СОРМ, в том числе и в случае непосредственного подключе­ния к сети абонентских устройств IP-те­лефонии и мобильных сетей.

Продукты SBC могут иметь распре­деленную архитектуру. Она включает в себя центральный узел CSBC (Core SBC), находящийся в границах сети провайдера, и оконечные устройства ESBC (Edge SBC), которые устана­вливаются на границе сети. При этом CSBC распределяет трафик между ESBC. SBC можно разделить логически на два функциональных модуля: один из которых занимается всем, что связано с сигнализацией (SBC-SIG), а другой работает с пользовательским трафи­ком (SBC-ME­DIA). Расшире­ние функциональности SBC может практически уравнять его с простейши­ми Softswitch-решениями IV/V класса. Однако взаимодействие с устройствами ТФОП явно выходит за рамки функ­циональности SBC. При реализации конвергентных сетевых структур можно использовать симбиоз Softswitch и SBC.

Использование SoftSwitch может обеспечить единую платформу для оказания услуг международного/междугородного транзита беспроводной и проводной связи, услуг местной и международной телефонной связи и абонентских услуг. В частности, использование программных коммутаторов SoftSwitch увеличивает гибкость проектирования сети, создавая возможность использования существующей инфраструктуры телефонных сетей с TDM (мультиплексирование с временным разделением каналов) в сочетании с возможностями сетевых структур VoIP (передача речи по протоколу IP).

Первоначально программные коммутаторы рассматривались как средство мо­дернизации инфраструктуры существующих сетей телефонной связи и замены систем коммутации каналов. В последнее время наметилась тенденция использования SoftSwitch для расширения функцио­нальности телефонных сетей - про­граммные коммутаторы интегрируются с работаю­щим в сети оборудованием. Для реализации спектра возможностей телефонных сетей в сетях IP-телефонии коммутатор SoftSwitch до­полняется функциями и услугами, которые приняты в традиционной телефонии.

Весьма рас­пространенная область применения программных ком­мутаторов - организация транзита телефонного трафика и высвобождение ресурсов сети. Такой вариант использования SoftSwitch, например, широко используется в США операторами местной связи: оконечные и/или транзитные АТС соединяются между собой с использованием оборудования пакетной коммутации. Таким образом, операторы связи преоб­разуют сетчатую архитектуру сети «каждый с каж­дым» в иерархическую структуру и как следствие со­кращают число каналов и портов для соединения комму­таторов классов 4 и 5 друг с другом. Дополнительным преимуществом такого подхода является упрощение ар­хитектуры сети, так что при подключении очередной станции оператору не требуется устанавливать большое количество соединений с действующими станциями.

Дальнейшее направление развития сетей связи характеризуется:

конвергенцией проводных и беспроводных решений на базе IP - созда­нием 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).

Предполагает создание новой сети архитек­туры IMS (см. рис.9.2), в которую войдут следующие основные компоненты: абонентские устрой­ства; пограничные контроллеры SBC, обеспечи­вающие доступ к транспортным ма­гистралям; высокоскоростная IP-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 взаимодействия.

Рисунок 9.2 - Перспективная сеть связи архитектуры IMS

По прогнозу компании Alcatel возможны такие сценарии развития связи:

фиксированная телефонная связь мигрирует от техноло­гии TDM к технологии IP (Интернет-протокол), 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.

В настоящее время известно несколько сценариев изменения структуры существующих телефонных сетей общего пользования в направлении создания сетей нового поколения NGN. Задача проектировщика заключается в поиске рациональных путей к переходу от существующей ТфОП к сети NGN, оптимальная структура которой определена, а также разработка вариантов расширения номенклатуры предоставляемых услуг во время поэтапного развития сетевых структур. На рис.1.5 представлен вариант построения NGN, признанный перспективным для города-мегаполиса. В представленной модели сеть IP с возможностью контроля качества QoS состоит из шести транзитный коммутаторов (ТК). Задача ТК заключается в надежной передаче IP пакетов в соответствии с заранее выбранным маршрутом.

На рис. 9.3 показана структура связи ТК между собой, близкая к полносвязному графу. Количество абонентских мультисервисных концентраторов (АМК) выбрано произвольно. Каждый абонентский мультисервисный концентратор (АМК) включается в опорный коммутатор двумя трактами, проходящими по независимым путям (для повышения надежности связи). Такая возможность иллюстрируется включением АМК11, АМК12 и АМК13. В крупных городах будут устанавливаться два или более магистральных коммутатора (МК) для междугородной и международной связи. Их связь с ТК иллюстрирует требование: к каждому МК должны подходить тракты от двух узлов IP сети. При этом каждый тракт между МК и ТК должен быть организован по двум независимым трассам. Пример такого решения - кольцевая структура.

Основной толчок к принятию новых технологий и расши­рению сетей дают востребованные пользователями услуги. Например, с ростом спроса на услу­ги частных линий Ethernet и частных локальных сетей LAN расширилось использование Ethernet в сетях синхронной цифровой иерар­хии SDH. Тем не менее, большинство операторов продол­жают получать доход от предоставле­ния традиционных услуг связи.

Рисунок 9.3 - Модель структуры NGN для крупного города

Снижение цен на провод­ную телефонную связь представляет для операторов серьезную проблему, однако существует значительный перечень новых потенциально прибыльных сер­висов, способных скомпенсировать снижение доходов от телефонных ус­луг (см. табл. 9.1). Общий знаменатель в инду­стрии телекоммуникаций - это широ­кополосная передача информации. Явной тенденцией в развитии телекоммуни­каций является рост трафика, передаваемого по пакетным сетям в сравнении с потоками, передаваемыми по класси­ческим телефонным или выделенным линиям. Этот факт можно объяснить тем, что многие операторы услуг начина­ют использовать протокол IP как сквозной сетевой прото­кол и в массовом порядке устанавливают пакетные мульт­иплексоры доступа, которые заменят собой мультиплексоры с временным уплотнением каналов TDM.

Таблица 9.1.

Распределение услуг по сегментам рынка

Сегмент рынка	Доступные услуги
Частный	Высокоскоростной Интернет Видеоконференц-связь Передача видео Сетевые игры Видео по запросу Электронная коммерция Удаленная работа Домашние сети
Корпоративный	Высокоскоростные VPN-сети Видеоконференц-связь Непрерывное ведение бизнеса Беспроводные сети Телемедицина Электронная коммерция (компания-компания) Удаленная работа Электронная коммерция (компания-потребитель)
Операторский	Оптические VPN-сети VPN-сети Ethernet Хостинг и доставка контента

Особый интерес представляет появление услуг многоадресной передачи: виртуальные конференции и семинары для корпоративных пользователей, а также трансляция видео для частных пользователей. Для тран­сляции видео характерны огромная потенциальная аудитория и существенное расширение выбора каналов - все это подготавливает почву для развития транспортных се­тей, обеспечивающих режим много­адресной передачи.