Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные мультисервисные сети широкополосного доступа и требования к их системному анализу. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К а ф едра «Вычислительная техника»
С.Л. ГАВЛИЕВСКИЙ
СОВРЕМЕННЫЕ
МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ СЕТИ
ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА
И ТРЕБОВАНИЯ
К ИХ СИСТЕМНОМУ АНАЛИЗУ
Учебное пособие
Самара
Самарский государственный технический университет
2018
1
Печатается по решению ученого совета СамГТУ (протокол № 9 от
27.04.2018 г.).
УДК 004.7(075.8)
ББК 32.97я73
Г 12
Гавлиевский С.Л.
Г 12 Современные мультисервисные сети широкополосного доступа и
требования к их системному анализу: учебное пособие / С.Л. Гавлиевский. –
Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2018. – 131 с.
Рассмотрены архитектура, услуги, принципы построения, сетевые решения, используемые при строительстве и реконструкции мультисервисных сетей
на примере сетей ПАО «Ростелеком».
На конкретных примерах проиллюстрировано использование моделирования и последующего системного анализа при проектировании и реконструкции
магистралей мультисервисных сетей.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям бакалавриата 230100 «Информатика и вычислительная техника», профиль «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», и 231000 «Программная инженерия», профиль «Программная инженерия».
Р е ц ензент канд. техн. наук, доцент кафедры «Вычислительная техника»
Н.Н. Хрисанов
УДК 004.7(075.8)
ББК 32.97я73
Г 12
© С.Л. Гавлиевский, 2018
© Самарский государственный
технический университет, 2018
2
ВВЕДЕНИЕ
Исторически сети региональных филиалов (РФ) и макрорегиональных филиалов (МРФ) развивались регионами самостоятельно,
что (на 2015 год) привело к следующим недостаткам текущей архитектуры сети:
• низкая степень унификации применяемого оборудования;
• низкая степень унификации услуг;
• наличие параллельных сетей;
• наличие сетей, построенных по разным сервисным моделям;
• наличие лишних транзитных узлов/сегментов;
• наличие отдельных систем мониторинга внутри РФ и МРФ;
• наличие сложных схем пиринга;
• значительное усложнение поиска и решения сетевых проблем.
В настоящее время ведутся работы по устранению этих недостатков. Целью модернизации сети является повышение операционной
эффективности и качества оказываемых услуг. Повышение операционной эффективности планируется за счет:
• оптимизации сети, ликвидации избыточных транзитных узлов
и каналов, интеграции параллельных сетей;
• унификации технических решений в целях снижения стоимо-
сти расширения и поддержки;
• создания необходимой гибкости для расширения в будущем;
• централизации технологических процессов.
Повышение качества оказываемых услуг планируется за счет:
• унификации услуг;
• снижения задержки при передаче трафика в основных направ-
лениях;
• упрощения в развертывании дополнительных услуг (защита от
атак, приводящих к отказу в обслуживании, кеширование, сетевая трансляция адресов и другие).
В первой главе приведены основные тренды развития телекоммуникаций в России, рассмотрены комплексные услуги и сервисы, тенденции развития мультисервисных сетей; приведены цели и задачи
3
Минкомсвязи, направленные на повышение качества жизни в России
(2012–2018 гг.); рассмотрены общие требования к системам телеком-
муникаций; укрупненно рассмотрены цели и стратегия Ростелекома в
условиях развития информационного общества.
Во второй главе рассматривается эволюция архитектуры мультисервисной сети широкополосного доступа; приводятся факторы, мотивирующие операторов на реконструкцию сетей; отмечается роль
Broadband Forum в этом процессе; рассматривается эволюция архитектуры сети доступа; делаются ссылки на важнейшие документы
Broadband Forum, определяющие развитие сетей доступа.
В третьей главе подробно рассмотрена архитектура мультисервисной сети широкополосного доступа (ШПД) на базе рекомендаций
Broadband Forum и взаимодействие ее компонентов. В качестве примеров использованы предложения Cisco Systems и Juniper Networks.
Даны важнейшие понятия и определения, такие как точка предоставления услуг, сервисная граница. Рассмотрено использование механизмов виртуальных частных сетей – Virtual Local Area Network
(VLAN) для организации сервисов, протоколы доступа к услугам сети
и вопросы аутентификация абонентов.
В четвертой главе приводятся принципы конвергенции фиксированной и мобильной связи и сопутствующие вопросы.
В пятой главе рассмотрена общая архитектура СПД и особенно-
сти построения магистрального сегмента.
В шестой главе проанализированы вопросы построения регио-
нальных сегментов СПД.
В седьмой главе проиллюстрировано использование моделирова-
ния и системного анализа для расчета характеристик региональной
сети передачи данных (РСПД) и принятия решений о достаточности
ресурсов сети для пропуска заданных объемов трафика; изучение
влияния отказов каналов на характеристики; исследование влияния
на характеристики сети использования системы спектрального
уплотнения; исследования влияния отказов оптических каналов и перехода на резервные каналы с меньшей пропускной способностью.
4
1. УСЛУГИ И СЕРВИСЫ СОВРЕМЕННЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
1.1. Влияние степени развития
телекоммуникационных сетей
на уровень развития экономики страны
1994 год считается годом рождения Российского сегмента Интернет. Ежегодно увеличивается не только число пользователей Интернета, но и меняется сама структура трафика. Одна из причин этого – ориентация многих операторов на предоставление комплексной услуги
TriplePlay. (TriplePlay – маркетинговый телекоммуникационный термин, описывающий модель, когда пользователям по одному кабелю
ШПД предоставляется одновременно три сервиса – высокоскоростной
доступ в Интернет, кабельное телевидение и телефонная связь.)
Другой важной причиной является использование Интернета и,
прежде всего, сетей ШПД для нужд экономики. Согласно исследованию Мирового банка, 10 %-ное увеличение инвестиций в широкополосную связь повышает среднегодовые темпы прироста валового
внутреннего продукта (ВВП) на 0,6–0,7 процентных пункта. По данным триады Ericsson, Arthur D. Little и Технологического университета Чалмерса, рост проникновения ШПД на 10 % приводит к увеличению ВВП страны на 1 %. Более того, каждая тысяча новых подключений формирует до 80 рабочих мест. Это очень неплохие показатели, иллюстрирующие важность развития сетей ШПД для экономики
страны. Сети ШПД следующего поколения предлагают намного более быстрые средства передачи информации и услуг, стимулируя, таким образом, производительность труда и процветание в государственном масштабе.
5
1.2. Основные тренды развития телекоммуникаций в России
млн
.
шт
.
1.2.1. Увеличение числа устройств
и меняющийся профиль коммуникаций
На рис. 1.1 приведен рост числа подключенных (миллионы штук)
к сети устройств, из которого следует [1, 2]:
• рост числа смартфонов, планшетов, носимых устройств и
датчиков;
• значительное увеличение числа устройств и доли населения, ра-
ботающего с Интернетом.
Число подключенных устройств, млн. шт.
GAGR 2015-2025
27%
19%
14%
44
106
151
2015
Носимые устройства
CAGR – Compound Annual Growth Rate – совокупный среднегодовой темп роста
Рис. 1.1. Рост числа подключенных устройств
120
366
238
2020
IoT Смартфоны и планшеты
249
651
387
2025
Важнейшим фактором развития сетей станет то обстоятельство,
что увеличится не только общее количество подключённых
устройств, но и изменится профиль коммуникаций:
6
Замещения голосового общения текстовым и видео:
В помещении (Indoor):
• дома пользователи предпочитают видеообщение;
• в общественных местах предпочитают замену голосового обще-
ния текстовым, а также обмен образами, включая анимированные фото.
На открытом воздухе (Outdoor): наблюдаются тенденция сни-
жения объема передаваемого голоса и общение при помощи текстовых сообщений.
Увеличение в общем объеме доли мобильного трафика. Доля
голосового трафика сокращается с 70 % в 2010 г. до 30 % в 2015 г. и
до 10 % в 2025 г.
Повышение средней скорости доступа (рис. 1.2):
• скорость фиксированного доступа возрастает в 4 раза с
28 Мбит/с в 2015 г. до 110 Мбит/с в 2025 г.;
• скорость мобильного доступа увеличивается в 38 раз с 2 Мбит/с
в 2015 г. до 75 Мбит/с в 2025 г.
Ср. скорость передачи данных (Мбит/с)
110
44%
75
15%
55
28
20
2
2015
Фиксированный
2020
2025
Мобильный
Источник: Cisco VNI Forecast Highlights, оценка Ростелеком
Рис. 1.2. Повышение средней скорости фиксированной
и мобильной передачи трафика
7
1.3. Становление цифрового домохозяйства
Структура видеоконтента по качеству
Обратим внимание на профиль контента и профиль работы пользователя вне офиса.
Для профиля контента можно отметить следующие особенности:
•
по мере повышения автоматизации рабочих процессов увеличивается свободное время, которое преимущественно тратится
на развлекательный видеоконтент, игровые сервисы и прочие
виды контента;
• переход в сторону более «тяжелого контента» по мере развития
технологий и появления на рынке соответствующих устройств
(рис. 1.3).
Структура видеоконтента по качеству
100
8
1,4
Ср. размер
фильма
2%
40%
58%
Гб
10%
40%
65%
55%
25%
5%
2015
SD
SD – телевидение стандартной четкости;
HD – телевидение высокой четкости;
Ultra HD – телевидение сверхвысокой четкости.
Источник: Cisco VNI Forecast Highlights, оценка Ростелеком
Рис. 1.3. Структура видеоконтента
2020
2025
Ultra HDHD
Развитие облачных игровых сервисов, которые позволят пользователям получить возможность играть с любого подключенного к се-
8
ти устройства (телефон, планшет, ТВ и др.) без привязки к физической игровой консоли.
Динамика роста среднемесячного объема трафика стримингового
видео представлена на рис. 1.4.
Характеризуя профиль работ и обучения на дому, обратим внимание на то, что:
• развитие и рост использования удаленных рабочих мест, ди-
станционного обучения повысит потребность в высокоскоростном интернете с повышенным качеством сервиса;
• в 2015 г. доля постоянно работающих удаленно людей соста-
вила 15 %, а к 2025 г. доля может вырасти до 30-50 %.
Среднемесячный объем трафика на стриминговое видео (Эбайт)
GAGR: 22%
GAGR: 13%
GAGR: 31%
12,6
6,8
1,7
2015
2020
2025
Источник: Cisco VNI Forecast Highlights, Statista, Direct Info,
McKinsey, оценка Ростелеком
CAGR – Compound Annual Growth Rate – совокупный среднегодовой темп роста
Рис. 1.4. Динамика роста среднемесячного объема трафика
стримингового видео
Таким образом, можно сделать вывод о существенном влиянии
домохозяйств на формирование требований к сети.
9
1.4. Оценка распределения трафика
GAGR
: 20%
между фиксированными и мобильными сетями
Основные тренды, формирующие профиль потребления домохозяйствами в будущем, приведут к значительному росту трафика:
• с 2015 по 2020 гг. среднемесячный объем трафика вырастет в
3 раза, а с 2015 по 2025 гг. – более чем в 6 раз (рис. 1.5);
• преобладание останется за трафиком в фиксированных сетях.
За счет технологических особенностей мобильная передача
данных (в рассматриваемом периоде до 2025 г.) не сможет составить конкуренцию фиксированным сетям. Доля мобильного
трафика в общем трафике в 2025 г. ожидается не более 20 %;
• по мере появления и развития 5G возможно изменение ситуа-
ции и смещение в сторону мобильной передачи данных, но реализация сценария возможна после 2030 г.
Структура среднемесячного объёма трафика (Эбайт)
GAGR: 15%
20,2
GAGR: 26%
10,1
3,2
2015
2020
2025
Фикс.
сети
CAGR – Compound Annual Growth Rate – совокупный среднегодовой темп роста
Рис. 1.5. Структура и объемы среднемесячного трафика
Моб.
сети
10
Публ.
Wi-Fi
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]