Мультисервисные сети2

УДК 621.39 ББК 32.88 Т31

Ре ц е н з е н т : доктор техн. наук, профессор В. К. Трофимов

Ав т о р ы : В. В. Величко, Е. А. Субботин, В. П. Шувалов, Е. В. Кокорева

Т31 Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие.

В 3 томах. Том 3. – Мультисервисные сети / В. В. Величко, Е. А. Субботин, В. П. Шувалов, Е. В. Кокорева; под редакцией профессора В. П. Шувалова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Горячая линия – Телеком, 2017. – 540 с.: ил.

ISBN 978-5-9912-0678-5.

В третьем томе учебного пособия рассмотрены вопросы построения мультисервисных сетей связи (МСС). В компактном виде представлен материал по сетям доступа, транспортным сетям и сетям управления. Приведено описание таких технологий как Softswitch и MPLS и даны примеры построения сетей на их основе. По сравнению с предыдущим изданием были существенно переработаны разделы, в которых рассмотрены вопросы моделирования МСС и добавлен актуальный материал, касающийся построения сетей SDN.

Для студентов вузов связи и колледжей, может быть использовано работниками предприятий связи.

ББК 32.88

Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru

Введение

Развитие телекоммуникационных сетей определяется тремя факторами: ростом трафика, потребностью общества в новых услугах и достижениями в области технологий. Разумеется, эти факторы не являются независимыми, однако каждый из них определяет идеологию развития электросвязи. Так конкуренция среди поставщиков оборудования и технологические достижения привели к снижению стоимости оборудования, а это, в свою очередь, стимулировало рост трафика и разработку новых услуг.

Выступая в 2010 г. на конференции Technomy, председатель совета директоров компании Google Эрик Шмидт сказал: «Пять экзабайт информации создано человечеством с момента зарождения цивилизации до 2003 года, столько же сейчас создается каждые два дня». Напомним, что 1 экзабайт = 1024 петабайта, 1 петабайт = 1024 терабайта, а 1 терабайт = 1024 гигабайта.

Потребности общества в новых услугах, рост трафика приводят к изменению идеологии построения сетей примерно каждые десять лет. Так в 1980 годах появились оптические технологии; аналоговые беспроводные сети; широко распространились сети на основе стандарта Х.25. В 1990-х активно развивались оптические технологии, основанные на мультиплексировании с разделением и уплотнением по длине волны; разрабатывались и внедрялись мобильные сети второго поколения; началось использование Интернет в коммерческих приложениях.

Системы 3-го поколения мобильной связи появились в начале 21 века как развитие системы GSM, относящейся ко второму поколе-

нию. Затем появляются концепции IMS (IP Multimedia Sybsystem), FMC (Fixed Mobile Convergance). В 2011 г. началась коммерческая эксплуатация системы 4-го поколения LTE (Long Term Evolution). В настоящее время идет активная работа по созданию систем мобильной связи 5-го поколения [2].

Сегодня мы проектируем и строим сети следующего поколения

(Next Generation Network, NGN). В [1] NGN определена как «концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, предполагающая реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи».

Основным принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовами и функций управления услугами.

Функциональная модель сетей NGN [3] в общем виде может быть представлена тремя уровнями – транспортным, управления коммутацией и передачей информации, управления услугами.

К основным задачам транспортного уровня относится прозрачная передача информационных потоков, а также поддержка взаимодействия с существующими сетями связи.

На уровне управления коммутацией и передачей информации осуществляется обработка информации сигнализации и управления вызовами.

Уровень управления услугами обеспечивает управление логикой услуг и приложений.

Такое функциональное разделение позволяет унифицировать задачи управления вызовами, отделив их от особенностей применяемых технологий передачи и коммутации. В результате становится возможным использовать одну и ту же логику услуги вне зависимости от типа транспортной сети (IP, АТМ и т.д.), а также способа доступа.

NGN может быть охарактеризована как мультисервисная сеть связи с децентрализованным управлением услугами. Ее основу составляет универсальная транспортная среда с распределенной коммутацией пакетов. Кроме традиционных сетевых узлов (мультиплексоров, коммутаторов и маршрутизаторов) в состав такой сети могут входить контроллеры сигнализации и шлюзовое оборудование различного назначения. Доступ к услугам NGN, предоставляемым с помощью специализированных серверов, осуществляется через оконечные и око- нечно-транзитные узлы, выполняющие функции узлов служб.

Создание мультисервисных сетей связи (МСС) в России должно основываться на максимально эффективном использовании уже построенной цифровой инфраструктуры. Экономическая эффективность инвестиций должна быть обеспечена за счет широкого использования услуг, предоставляемых МСС.

В книге сделана попытка дать представление о мультисервисных сетях. В ней представлена характеристика трафика МСС, приведены сведения о самоподобном трафике (гл. 1). Современные подходы к вопросам заключения соглашения об уровне обслуживания представлены в гл. 2. Это направление во взаимодействии оператора связи и потребителя будет постепенно становиться определяющим, и способствовать как повышению качества обслуживания, так и расширению абонентской базы.

Краткое описание основных технологий, используемых в МСС, приведено в гл. 3, а некоторые подробности таких популярных сегодня технологий, как MPLS и Softswitch, представлено, соответственно,

в гл. 4 и 5. Большинство операторов связи в последнее время делают ставку на IP, и это нашло отражение в главе 6. Наиболее узким местом, требующим больших вложений, являются сети доступа. Их описанию посвящена гл. 7. В гл. 8 рассмотрены подходы к управлению МСС. Гл. 9–15 посвящены мобильным сетям 3-го поколения, которые способны предоставлять с хорошим качеством множество услуг. Здесь же впервые затронуты вопросы электромагнитной безопасности, о которой обычно скромно умалчивают, расписывая достоинства мобильной связи.

Как рассчитывать МСС? Попытка ответить на этот вопрос потребовала бы по крайней мере еще одного тома. В предлагаемой Вашему вниманию книге мы ограничились рассмотрением одного из возможных, но достаточно эффективных подходов, моделированию на основе сетей систем массового обслуживания (гл. 16).

Вопросам имитационного и математического моделирования МСС посвящены соответственно гл. 16 и 17. В приложении 1 к тому вынесены вопросы построения, так называемых программно-конфигу- рируемых сетей, которые вызывают все больший интерес со стороны ученых и практиков. В приложении 2 представлен материал по проектированию сетей доступа PON (Passive Optical Networks), предназначенных для передачи информации на большие расстояния.

Список литературы

1.Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России.

С.-Пб.: ЛОНИИС, 2001.

2.Тихвинский В. О., Терентьев С. В., Высочин. В. П. Сети мобильной связи LTE/LTE Advanced: технологии 4G, приложения и архитектура. М.: Издательский дом Медиа Паблишер, 2014.

3.Петрив Р. Б. Перспективы развития мультисервисных сетей в России // Вестник связи. 2002. № 9. С. 4–42.

сетевого используется протокол IP (Internet Protocol). Для организации сервиса «IP-телефония» могут быть использованы локальные, корпоративные, глобальные сети, а также сеть Internet. С помощью специальных шлюзов, используемых в телефонной сети общего пользования обеспечивается IP-телефонная связь между абонентами телефонных сетей и абонентами сетей передачи данных.

Высококачественный звук. Под «высококачественным звуком» понимается такой сервис, который осуществляет передачу и вещание высококачественного звука, например музыки, концертных выступлений ит.д.

Видеотелефония. Данный сервис осуществляет передачу человеческой речи вместе с его изображением невысокого качества между двумя абонентами. Клиенты данного сервиса, через соответствующую коммутационную аппаратуру, могут слушать и видеть друг друга в режиме реального времени.

Видеоконференция. Данный сервис осуществляет передачу голосового и видеотрафика между группой абонентов, причем звуковые, и видеосигналы передаются по сети независимо друг от друга (по разным транспортным соединениям), их синхронизация на приеме обеспечивается соответствующим протоколом транспортного уровня.

Дистанционное медицинское обслуживание. Данный сервис обеспечивает проведение дистанционного медицинского обследования, диагностики и консультации больных. Трафик данного сервиса включает: голосовые и видеоданные, результаты обследования, переданные в реальном масштабе времени и др.

Видеомониторинг. Данный сервис осуществляет видеонаблюдение помещений, применяется для охраны территорий различного назначения, оперативной сигнализации о различных нештатных ситуациях, постоянного (в режиме реального времени) мониторинга в местах скопления людей.

Вещание радио и телевизионных программ. Данный сервис осуществляет вещание обычных радио и телевизионных каналов по цифровой телекоммуникационной сети.

Цифровое телевидение. Данный сервис осуществляет вещание высококачественного цифрового телевидения (художественных фильмов, музыкальных видеоклипов, спортивных трансляцией) по запросу клиентов данного сервиса.

Основной тенденцией в развитии современных телекоммуникационных сетей является поддержка различных видов сервиса, в том числе мультимедийного [5, 8]. Требования различных типов мультимедийного трафика к сетевым ресурсам могут отличаться весьма существенно. Например, обычный трафик, как правило, не налагает особых ограничений на время его доставки до получателя. Все, что требуется такому трафику – это выделение ему минимальной пропускной способности.

Другим примером может быть трафик для проведения видеоконференций в реальном масштабе времени. Он требует не только значительной пропускной способности, но также и минимизации времени доставки видеокадров до получателя. Кроме того, качество проведения сеанса видеоконференции не будет удовлетворительным, если задержки пакетов информации имеют слишком нерегулярный характер. В данном случае к ресурсам сети предъявляются жесткие требования по многим параметрам. Эти параметры подробно будут рассмотрены ниже.

Описание и анализ мультимедийного трафика в современных телекоммуникационных сетях является сложной и трудной задачей. Основными причинами этих трудностей являются:

широкий диапазон скоростей передачи – от нескольких кбит/с, как

вслучае передачи телефонного трафика, до сотен Мбит/с, при передаче видепотоков;

разнообразные статистические свойства передаваемых мультимедийных информационных потоков (трафик реального времени налагает жесткие требовании к ресурсам сети);

большое разнообразие сетевых конфигураций, множество техно-

логий и протоколов передачи (Gigabit Ethernet, ATM, MPLS и др.);

многоуровневая обработка передаваемых сообщений, вследствие чего качество обслуживания оказывается зависящим от нескольких уровней обработки.

1.2.Общий подход к параметризации мультимедийного трафика

Имеется множество моделей описания трафика в различных телекоммуникационных сетях.

В общем случае мультимедийный трафик некоторой услуги, представляется в виде случайного процесса. Пусть мгновенное значение трафика – есть количество блоков информации, которые генерирует соответствующий сервис в единицу времени. Тогда, в наиболее общем случае, случайный процесс B(t) описывается семейством функции распределения FB t x , где

FB t x Bep B t Ф x .

Практическое использование такого метода описания является затруднительным (не создан математический аппарат, обеспечивающий оценку параметров качества такой нестационарной нагрузки общего вида, сложность в адекватном оценивании семейства функции рас-

пределения FB t x ).

Для параметризации мультимедийного трафика, как правило, используется ряд характеристик, которые определены рекомендациям

Рис. 1.1. Основные параметры мультимедийного трафика

ITU-T [2, 3]. Эти характеристики описывают интегральные параметры случайного процесса B(t), пример реализации которого приведен на рис. 1.1.

К характеристикам трафика, который генерируется различными мультимедийными услугами, относятся следующие:

значения трафика (мгновенное, максимальное, пиковое, среднее и минимальное), бит/с;

коэффициент пачечности трафика (пульсация);

средняя длительность пикового трафика;

средняя длительность сеанса связи;

форматы элементов трафика;

максимальный, средний, минимальный размер пакета;

интенсивность трафика запросов.

Максимальное значение трафика . Максимальное количество блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу времени, определяется как:

max B t .

Пиковое значение трафика. Трафик соответствующего сервиса, который превышает установленный для него пиковый порог .

Среднее значение трафика . Среднее количество блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу времени, определяется как: