11. Принципы проектирования мультисервисных сетей. Примеры построения мультисервисных сетей

11.1. Задачи проектирования сетей

Проектная документация должна содержать следующие разделы [88]:

  • Объем телекоммуникационного оборудования и линейных сооружений;
  • Услуги, классы доставки информации для каждой категории пользователей, потребность в полосе пропускания;
  • Режим работы оборудования;
  • Номенклатура, площадь и размещение оборудования.

Методика расчета объема телекоммуникационного оборудования и линейных сооружений приведена ниже. Основой расчета является нагрузка, качество обслуживания и доставки информации в сетях с пакетной технологией, перечень предоставляемых услуг.

Количество и емкость шлюзов доступа (AGW) должны быть рассчитаны с учетом состава абонентов, количества заявок и номенклатуры предоставляемых услуг.

Фрагменты NGN могут предоставлять следующие услуги:

  • телефонии;
  • передачи данных;
  • поиска документов;
  • цветного факса;
  • передачи файлов;
  • видео-телефонии;
  • поиска видео;
  • доступа к Internet.

Основными показателями качества доставки информации мультимедиа в пакетных сетях являются:

  • время установления виртуального соединения;
  • суммарная средняя задержки информации мультимедиа;
  • вероятность потери пакетов.

Время установления соединения – это задержка после набора номера (Call Set-up Time):

  • местное соединение – менее 3 с;
  • междугородное соединение – менее 5 с;
  • международное соединение – менее 8 с.

На рисунке 11.1 приведена схема организации взаимодействия сетей при использовании концепции NGN [30, 81].

Физическая архитектура сети следующего поколения (NGN) включает:

  • транспортную платформу;
  • платформу управления и сигнализации, реализуемую на базе новых программно-аппаратных комплексов;
  • платформу серверов, обеспечивающих необходимый набор услуг.

Транспортная платформа содержит следующие уровни:

    • уровень ядра транспортной сети (Core Network, CN), реализуемый на базе технологий мультисервисных транспортных сетей (в настоящее время наиболее проработаны технологии ATM, IP/MPLS/all, IP/VLAN/Ethernet);
    • уровень сетей доступа (Access Network, AN). Наиболее распространенными в настоящее время являются следующие технологии доступа – xDSL, ETTH, Wi-Fi, Wi-Max, PON. Многообразие технологий, используемых в AN, вызвано следующими обстоятельствами:
      • многообразием используемых сред передачи (как новых, например – оптических, ранее в сетях доступа не использовавшихся, так и старых, например – многопарных телефонных кабелей и систем узкополосного беспроводного доступа);
      • многообразием типов терминалов (от прежних примитивных, но недорогих телефонных аппаратов, до многофункциональных терминалов, поддерживающих предоставление всех услуг).

Платформа управления и сигнализации реализуется на базе новых программно-аппаратных комплексов, за которыми закреплено название Softswitch (гибкая система управления обработкой вызовов и коммутацией).

Платформа серверов обеспечивает необходимый набор услуг.

В настоящее время разработаны универсальные открытые интерфейсы, позволяющие гибко настраивать взаимодействие между этими платформами.

В сети следующего поколения функции создания и предоставления услуг и приложений отделяются от функций управления вызовом и ресурсами коммутации, а также создаются стандартизованные интерфейсы между уровнями, выполняющими эти функции.

Уровневая архитектура сети нового поколения приведена на рисунке 11.2.


Рисунок 11.2. Платформы NGN

На уровне доступа осуществляется подключение терминалов пользователей к сети на основе применения разнообразных средств, а также преобразование исходного формата данных в соответствующий формат, используемый для передачи в данной сети. На уровне доступа используются следующие устройства:

  • медиашлюзы доступа (AGW);
  • медиашлюзы сигнализации (SGW);
  • устройства интегрированного доступа (IAD);
  • медиашлюзы соединительных линий (TGW).

Медиашлюз (AGW) обеспечивает: пересылку заявок из телефонной сети, компрессию и пакетизацию голоса, передачу компрессированных голосовых пакетов в сеть IP, а также проводит обратную операцию для вызовов пользователей телефонной сети из сети IP. В случае вызовов, поступающих от ISDN/PSTN, медиашлюз передает сигнальные сообщения контроллеру медиашлюза. Возможны преобразования протокола сигнализации ISDN/PSTN в сообщения Н.323 средствами самого медиашлюза. Медиашлюз может также поддерживать удаленный доступ, виртуальные частные сети, фильтрование потоков данных при взаимодействии с пакетной IP-сетью и выполнять другие задачи.

Медиашлюз сигнализации (SGW) находится на границе между PSTN и IP-сетью. Он служит для преобразования сигнальных протоколов и прозрачной доставки сигнальных сообщений через пакетную сеть. Медиашлюз сигнализации транслирует сигнальную информацию через пакетную сеть контроллеру медиашлюза или другим шлюзам сигнализации и обеспечивает взаимодействие с базами данных ID. В интеллектуальных сетях это взаимодействие происходит по протоколу INAP.

На уровне коммутации и транспорта осуществляется коммутация пакетов с помощью маршрутизаторов или IP-коммутаторов уровня 3, в которых обработка пакетов выполняется аппаратно. Эти устройства распределены территориально в магистральной сети. На этом уровне осуществляется предоставление пользователям стандартизованных средств доставки информации (цифровых каналов, трактов) с высоким качеством и большой пропускной способностью.

На уровне управления ресурсами транспортной сети осуществляется управление вызовами с использованием требуемого набора протоколов сигнализации. На этом уровне используется многофункциональный объект NGN Softswitch – апофеоз совершенствования телекоммуникационных средств. Softswitch осуществляет управление:

  • вызовами;
  • медиашлюзами (Media Gateway, MGW);
  • распределением ресурсов магистральной сети;
  • обработкой сигнальных сообщений;
  • аутентификацией;
  • учетом стоимости услуг;
  • предоставлением пользователям основных речевых услуг связи, мобильной связи, мультимедиа связи, а также интерфейсов программирования приложений (API).

Контроллер медиашлюза (Media Gateway Controller, MGC) выполняет регистрацию и управляет пропускной способностью медиашлюза, обменивается сообщениями с узлами ISDN/PSTN. Взаимодействие MGC с SGW (по протоколу SIP) и TGW (по протоколу H.248) происходит в IP-сети (рисунок 11.3).

На уровне сервисных платформ (управления услугами) осуществляется предоставление большого разнообразия услуг, а также поддержка целостности установленных соединений.


Рисунок 11.3. Взаимодействие контроллера медиашлюзов (MGC) с SGW и TGW в NGN

11.2. Пример построения мультисервисной сети с помощью оборудования НТЦ ПРОТЕЙ

Мультисервисная сеть может быть построена с использованием оборудования отечественной фирмы ПРОТЕЙ [89].

На рисунке 11.4 приведена схема мультисервисной сети, построенная с помощью оборудования НТЦ ПРОТЕЙ.


Рисунок 11.4 - Схема мультисервисной сети, построенной с помощью оборудования НТЦ ПРОТЕЙ

В интерфейсе “ССОП - ПРОТЕЙ-МКД” используются протоколы CCS7 (плоскость C) и V5.2 (плоскость U). В интерфейсе “ПРОТЕЙ-МКД - IP-router” используются протоколы SIP; H.248 (плоскость C) и IP (плоскость U). В интерфейсе “ПРОТЕЙ-МАК - IP-router” используются протоколы SIP; H.248 (плоскость C) и FE (плоскость U).

Мультисервисный коммутатор доступа ПРОТЕЙ МКД

Мультисервисный коммутатор доступа ПРОТЕЙ-МКД представляет собой программно-аппаратный комплекс, предназначенный для предоставления услуг связи в местных телефонных сетях. На его базе возможно также создание корпоративных ведомственных сетей и организация связи в офисах. Мультисервисный коммутатор доступа выполняет функции Softswitch в мультисервисной сети связи, т.е. поддерживает обмен речевой и мультимедийной информацией в пакетной сети.

В мультисервисных сетях ПРОТЕЙ-МКД взаимодействует с транспортной IP-сетью по интерфейсу GE (Gigabit Ethernet) и использует протоколы сигнализации SIP, H.248/MEGACO для взаимодействия с узлами NGN.

На базе одной системы ПРОТЕЙ-МКД возможна организация телефонной сети емкостью до 25 тысяч номеров. Расширение сети возможно с помощью установки дополнительных модулей обработки вызовов (CPS).

Мультисервисный коммутатор доступа ПРОТЕЙ-МКД может взаимодействовать со следующими видами оборудования:

  • с ТфОП/IN по интерфейсам Е1:

- с цифровыми телефонными станциями, УАТС по протоколам E-DSS1, ОКС7, R1.5;

- с оборудованием доступа по протоколу E-DSS1;

- с мультисервисным абонентским концентратором доступа ПРОТЕЙ-МАК;

- с узлами управления услугами (SCP) по протоколу INAP-R;

  • с cетью, использующей технологию с коммутацией пакетов по интерфейсам Ethernet 100/1000 Мбит/c.;
  • с Softswitch по протоколам SIP/SIP-T, H.248/MEGACO;
  • с оборудованием мультисервисного доступа, в том числе с мультисервисным абонентским концентратором доступа ПРОТЕЙ-МАК по протоколам SIP/SIP-T, H.248/MEGACO;
  • с прокси-сервером и др. узлами SIP-доменов по протоколу SIP;
  • с серверами приложений по протоколу Parlay;
  • с IP-телефонами, шлюзами IP-телефонии (в том числе со шлюзом IP-телефонии ПРОТЕЙ-ITG).

Основные технические характеристики ПРОТЕЙ-МКД приведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1. Основные технические характеристики ПРОТЕЙ-МКД

Наименование характеристики

Значение

Количество обслуживаемых абонентов при стандартной комплектации

до 25 000

Количество обслуживаемых вызовов в ЧНН

до 150 000

Тип интерфейса с сетями с коммутацией каналов

Е1 (2048 кбит/с, G.703, 120 Ом)

Протоколы сигнализации при взаимодействии с ТФОП/IN

PRI/DSS1, ОКС7, R1.5,
INAP-R

Тип интерфейсов с сетями с коммутацией пакетов

100/1000 Base-T

Протоколы при взаимодействии
с узлами NGN

SIP/SIP-T, H.248, Parlay

Типы поддерживаемых протоколов

G.729, G.711, G.165, T.38, V.150

Поддерживаемые виды соединений

- исходящие к IP-сети
- входящие от IP-сети
- исходящие к АТС
- входящие от АТС
- транзитные от АТС к АТС
- междугородные
- международные

Поддерживаемые дополнительные услуги

- автодозвон
- перехват вызова
- удержание вызова
- приглашение к конференции
- передача вызова
- различные виды переадресации
- объединение пользователей в различные группы
- ожидание вызова
- горячая линия
- услуги набора CS-1 и т.д.

Управление

на основе WEB-технологий

Электропитание

(-36В:-72В) - для всей системы

11.3. Расчет нагрузки транспортной сети с технологией IP/MPLS

Примем, что нагрузка Аисх = 154 Эрл поступает на порт шлюза трактов (TGW). Если в шлюзе используется кодек G.711 без подавления пауз в разговоре, то ресурс, который должен быть выделен для переноса пользовательской информации сети доступа через транспортную пакетную сеть (рисунок 11.5), определим по формуле (11.1) [88]:

VANTGW = VG.711 · K · Аисх , ………………………….(11.1)

где VG.711 – скорость передачи кодека G.711 в шлюзе трактов,

K – коэффициент использования ресурса;

VANTGW – транспортный ресурс для переноса пользовательской информации, поступающей от сети доступа.

Недостатком использования кодека G.711, по сравнению с другими типами кодеков, является необходимость выделения большой полосы канала в транспортной сети и большая задержка доставки. Его использование обосновано только при высоких требованиях пользователей к качеству речевой информации и небольшом количестве одновременных сеансов связи, организуемых шлюзом.

Будем считать, что TGW реализует функции как транспортного, так и сигнального шлюза. Поэтому в шлюзе должен быть предусмотрен транспортный ресурс для обмена сообщениями протокола сигнализации с Softswitch и протокола MGCP (Media Gateway Control Protocol) с контроллером шлюза MGC:

VSIGN= kSIGN· LSIGN· NSIGN· Aout /450;

VMGCP=kMGCP· LMGCP· NMGCP· Aout /450 (бит/с), ………………(11.2)

где kMGCP = 5 – коэффициент использования транспортного ресурса при передаче сообщений протокола сигнализации и MGCP;

LSIGN – средняя длина сообщений (в байтах) протокола сигнализации;

LMGCP – средняя длина сообщений (в байтах) протокола MGCP;

NSIGN – среднее количество сообщений протокола сигнализации при обслуживании вызова;

NMGCP – среднее количество сообщений протокола MGCP при обслуживании вызова;

1/450 = 8/3600 – коэффициент, с помощью которого выполняется пересчет размерности “байт в час” в “бит в секунду”.

Объем общего транспортного ресурса шлюза может быть оценен с помощью формулы (11.3):

VTGW=[Aout· (NSIGN· LSIGN+NMGCP· LMGCP)]/90 (бит/с), …………(11.3)

где 1/90 = kMGCP /450.

В таблице 3.20 [88] приведены параметры кодеков, используемых в шлюзах.

Пример расчета

Исходные данные:

Аout = 154 Эрл; NSIGN = 6; LSIGN = 20; NMGCP = 5; LMGCP = 30.

Тогда:

VSIGNTGW=[Аout· (NSIGN· LSIGN+NMGCP· LMGCP)]/90 = [154· (6· 20· 8+5· 30· 8)]/90 = 154· 2160/90 = 3694.8 (бит/с).

VANTGW=VG.711· K· Aout = 64· 1.25· 154 = 12320 (Кбит/с) = 12.32 Мбит/с.

Общий транспортный ресурс шлюза:

VTGW = VANTGW+ VSIGNTGW=12.32+0.0037» 12.324 (Мбит/с)

Примечание:

VG.711 = 64 Кбит/с (см. табл. 3.20 в [88]).


Рисунок 11.5. Согласование сети доступа с транспортной сетью с помощью шлюза трактов, совмещенного со шлюзом сигнализации

 

Расчет суммарной производительности коммутаторов транспортной пакетной сети

Минимально допустимую производительность коммутаторов транспортной пакетной сети определим, используя выражение [88]:

Пример расчета

Пусть K=1, LIP = 300 байт (300 байт=2400 бит).

Тогда, в соответствии с (11.4):

HSW = VTGW · LIP = 12.324· 106/2400 = 5135 (пак/с).

Количество и типы интерфейсов TGW с пакетной сетью определяются транспортными ресурсами шлюза и топологий пакетной сети. Транспортный ресурс шлюза VTGW и количество интерфейсов NINT находим, используя формулу (11.5):

VTGW = NINT · VINT (бит/с), ……………………………….. (11.5)

где NINT – количество интерфейсов;

VINT – полезный транспортный ресурс одного интерфейса.

Будем использовать интерфейсы TGW с пакетной сетью одного типа, например, FE (Fast Ethernet).

Учитывая эти условия, искомое количество интерфейсов TGW с пакетной сетью (рисунок 11.5):

NINT = ](VTGW / VINT + 1)[= ](12.324/100 + 1)[ = 1.

Если предполагается использование интерфейсов разных типов, то выражение (11.5) приобретает вид:

Шлюзы, как правило, устанавливаются на существующих объектах сети и обеспечивают подключение к пакетной транспортной сети новых сетей доступа и существующих АТС [89]. Нагрузка, поступающая на порты шлюза, может быть найдена по количеству интерфейсов E1 и удельной нагрузке, приходящейся на канал DS0 (V=64 Кбит/с).

Для расчета нагрузки Ai_TGW, поступающей на шлюз от пользователей PSTN, воспользуемся выражением (11.7):

Интенсивность нагрузки, поступающей с выходов шлюза к транспортной сети, зависит от применяемых в шлюзе кодеков. Для вычисления транспортного ресурса VTGW_USER, необходимого для переноса информации в транспортной сети, используем выражение (11.8):

VTGW_USER = VCOD_m · Ai_TGW , (бит/с) ………………….. (11.8)

где VCOD_m – скорость передачи кодера типа m;

Ai_TGW – общая интенсивность нагрузки, поступающей на TGW от сети доступа или АТС.

При расчете необходимо учитывать, что часть вызовов (от источников факсимильной информации, модемных соединений) будет обслуживаться с использованием кодека G.711 без компрессии пользовательских данных. Для учета доли такой нагрузки в общей нагрузке используем выражение (11.9):

VTGW_USER = (r · VG.711 + (1 - r)· VCOD_m) · Ai_TGW , (бит/с) …. (11.9)

где VG.711 – ресурс для передачи информации с выхода кодека G.711 без компрессии пользовательских данных, используемого для эмуляции канала.

Расчет производительности Softswitch

Основное назначение Softswitch состоит в обработке сигнальной информации в процессе обслуживания вызова и установления соединения. Требования к производительности Softswitch определяются интенсивностью вызовов, требующих обработки. Обычно новые сети доступа и существующие телефонные сети подключают к транспортным шлюзам с помощью интерфейсов типа E1.

В этих условиях интенсивность вызовов, поступающих к Softswitch, определяется количеством интерфейсов E1 и интенсивностью вызовов, приходящихся на канал DS0 (V=64 Кбит/с). Интенсивность вызовов, поступающих на i-ый TGW, может быть найдена из выражения (11.10):

L i_TGW = Ni_E1· 30· L DS0_, (выз/ЧНН) ……………………. (11.10)

где Ni_E1 – количество трактов E1;

L DS0 – интенсивность вызовов, обслуживаемых одним каналом DS0.

Интенсивность вызовов, поступающих на Softswitch от множества шлюзов, может быть найдена с помощью выражения (11.11):

где L – количество транспортных шлюзов, обслуживаемых одним Softswitch.

Необходимо иметь в виду то обстоятельство, что производительность, как шлюза, так и Softswitch может быть разной в зависимости от типа обслуживаемого вызова. Так, например, для обслуживания пользователей ISDN шлюз и Softswitch должны иметь бóльшую производительность, чем при обслуживании пользователей PSTN. В документации изготовителей, как правило, указывается производительность при обслуживании вызовов с наиболее простыми требованиями к сети.

Мультисервисные сети связи


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.