7.1. Принципы архитектурного построения NGN сетей и их систем абонентского доступа

7.2. Особенности построения типового оборудования систем абонентского доступа NGN

Теория конвергенции, разработанная в конце XX века, рассматривает дальнейшее развитие телекоммуникаций на основе консолидированного ресурса СТфОП, сотовых сетей связи и Internet. При этом поступающий на результирующую сеть трафик будет принципиально многомерным и для его обслуживания потребуются не только новые подходы к структурному построению информационной инфраструктуры, но и новые технологические средства и прежде всего системы коммутации нового образца.

В 1996 году в научной литературе появились сведения о системах коммутации пятого поколения и мультимедийном протоколе инициализации сеансов (Session Initiation Protocol, SIP), который, организуя процессы обмена речью, данными, изображениями и т. д. в сетях общего пользования нового образца, показал способность заменить протоколы системы сигнализации № 7. Дальнейшие исследования в этом научном направлении позволили к началу XXI века сформировать концепцию сети связи следующего поколения (Next Generation Network, NGN). Использованием такого глобального названия для своей технологии разработчики NGN пытались подчеркнуть значимость своих исследований для всех телекоммуникаций будущего. Однако в последние годы [31] к аббревиатуре NGN сложилось отношение как к имени собственному, обозначающему только один из многих подходов к построению перспективных сетей электросвязи.

Далее для описания технических решений, оборудования и сети в целом, реализующих принципы NGN, будут использоваться термины "NGN средства (сети)" или "средства (сети) типа NGN".

7.1. Принципы архитектурного построения NGN сетей и их систем абонентского доступа

Одним из основных отличий концепции NGN от реализуемых до этого сетевых инфраструктур является переход к новой функциональной модели, включающей три элемента (рис. 7.1): уровень пакетной транспортной системы, уровень управления коммутацией и уровень управления услугами.

Рис. 7.1. Функциональная модель NGN

В классической СТфОП оборудование АТС решает одновременно несколько задач: коммутацию потоков пользовательской информации, обработку вызовов, предоставление услуг и т. д. Реализация интерфейсов между этими функциями есть внутреннее дело производителя системы коммутации и не подлежит регламентации.

Появление технологий узкополосных ЦСИС, СС 7 и интеллектуальных сетей позволило перейти к раздельной реализации функций коммутации, обработке служебных сообщений и распределения услуг [7, 11]. Как результат появились новые функциональные элементы (транзитные пункты сигнализации, узлы коммутации услуг ИС и т. п.), которые определили дополнительные изменения в структуре телекоммуникаций. Например, топология сети СС 7 не повторяет топологию ССОП, в интересах которой функционирует [11]. Однако задачи управления коммутацией в таких сетях решаются по-прежнему только в точках совпадения топологий ССОП и сети сигнализации № 7 – в системах коммутации.

В NGN оборудовании развивается не только принцип разделения функций транспортировки пакетов, коммутации и управления услугами, но и регламентируются (являются объектами стандартизации) интерфейсы между выделенными уровнями. Получив, таким образом, некоторую независимость друг от друга, аппаратно-программные средства отдельных уровней в дальнейшем могут развиваться самостоятельно.

Другой отличительной чертой архитектуры NGN является ее ориентация на использование широкополосных технологий пакетной коммутации (ATM и/или MPLS). Городские и региональные сети, реализующие концепцию NGN, могут использовать пакетную транспортную систему ATM или MPLS в качестве транспортной сети. Однако это не значит, что транспортная сеть информационной инфраструктуры NGN не может строиться на современных средствах коммутации каналов, например СЦИ. В такой протяженной стране, как Россия, уровень пакетной транспортной системы NGN может формироваться в виде надстройки оптической транспортной сети СЦИ.

В условиях небольшого количества терминальных устройств и малом (менее 600 км) диаметре "сеть следующего поколения" может ограничиться транспортной системой на базе протоколов IP/Ethernet.

Независимо от способа реализации, задачей уровня пакетной транспортной системы является формирование путей передачи информации.

Основными элементами систем абонентского доступаNGN являются:

• гибкие коммутаторы (SoftSwitch);
• шлюзы;
• АТС с модулями транспортных шлюзов и метасигнализации;
• серверы приложений;
• терминальное оборудование.

Таким образом, два верхних уровня архитектуры NGN образуются исключительно средствами абонентского доступа.

Задачей уровня управления коммутацией является обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками. В сети используется, как правило, несколько гибких коммутаторов (ГК), взаимодействующих по межузловым протоколам и обеспечивающих совместное управление установлением соединения.

В ходе управления коммутацией оборудование гибкого коммутатора осуществляет сигнальный обмен по физическим (сплошные линии на рисунке 7.1) и логическим (пунктирные линии) каналам с функциональными элементами уровня управления услугами, транспортной пакетной системой и средствами существующих сетей (СТфОП, УЦСИС, ШЦСИС или ИС). В ходе коммутации взаимодействует широкий спектр оборудования: шлюзы, терминальное оборудование (например интегрированные устройства доступа (IAD), терминалы SIP и Н.323), различные ГК, АТС и др.

Для трансляции адресной и другой служебной информации, передаваемой в СТфОП через сеть СС 7, используются сигнальные шлюзы, преобразующие сигнальные единицы посредством протокола адаптации сигнализации MxUA (MTPx Uzer Adaptation Layer) [33] в специализированные служебные сообщения SIP. Некоторые реализации NGN могут использовать саму сеть СС 7 в своих интересах, для чего в ГК должен быть предусмотрен сигнальный модуль [11, 31]. На основании анализа принятой информации и решения о последующей маршрутизации вызова оборудование ГК, осуществляет сигнальный обмен по установлению соединения с вызываемым элементом уровня управления услугами.

Уровень управления услугами реализует функции управления логикой услуг и приложений. Часто он представляет собой распределенную вычислительную среду, обеспечивающую предоставление инфокоммуникационных услуг, их создание и внедрение.

Терминальное оборудование пакетной сети взаимодействует с оборудованием гибкого коммутатора также с использованием протоколов SIP. Пользовательская информация от терминального оборудования поступает на уровень узлов доступа пакетной сети и далее маршрутизируется под управлением гибкого коммутатора.

Основной услугой, предоставляемой в NGN, является передача информации между пользователями сети. Использование пакетных технологий на уровне транспортной сети позволяет обеспечить единые алгоритмы доставки информации для различных видов связи: телефонной, ПД. Для пользователей, использующих терминалы мультимедиа (например Н.323ТЕ), может предоставляться расширенный перечень услуг.

Серверы приложений NGN принимают участие в предоставлении дополнительных коммуникационных и информационных услуг пользователям (подобных ДВО в СТфОП и сервисов ИС [34]). Биллинговая система в NGN включает узлы и протоколы взаиморасчетов, такие как OSP.

Следует отметить, что на сегодня вопрос взаимодействия между ГК и некоторыми серверами приложений все-таки недостаточно проработан на уровне международных стандартов, в связи с чем возможна несовместимость оборудования различных производителей.

7.2. Особенности построения типового оборудования систем абонентского доступа NGN

Гибкий коммутатор является ядром коммутируемой среды NGN. На него возлагается решение задач обработки вызовов, доступа к серверам приложений и оборудованию существующих сетей и пр. Типовой ГК реализует:

• обработку всех видов сигнализации, используемых в его домене;
• сохранение и управление абонентскими данными пользователей его домена;
• взаимодействие с серверами приложений для предоставления расширенного списка услуг пользователям сети.

Устройство ГК должно обеспечивать выполнение следующих основных функций:

• управления базовым вызовом, приема и обработки сигнальной информации и реализации действий по организации сеанса;
• аутентификации и авторизации абонентов, подключаемых в пакетную сеть как непосредственно, так и с использованием оборудования существующих сетей;
• маршрутизации вызовов в NGN;
• тарификации и сбора статистической информации;
• управления оборудованием транспортных шлюзов;

Общая функциональная схема типового ГК представлена на рисунке 7.2. С точки зрения теории систем распределения информации ГК можно классифицировать как систему коммутации пакетов со специализированными линейными окончаниями, реализующими парадигму "клиент–сервер" (К–С) и системой сигнализации, ориентированной на использование IP-адресации и предоставление услуг мультимедиа.

Рис. 7.2. Общая функциональная схема гибкого коммутатора

ГК ориентирован на обслуживание трафика с высокой долей мультимедиа, поэтому на абонентской стороне используются адаптеры соответствующих протоколов (H.323, SIP). Для взаимодействия с серверами различных типов (файловых, баз данных, RAS, DHCP и пр.) в составе ГК имеются соответствующие универсальные интерфейсы.

Нагрузка, принимаемая от существующих сетей (например от СТфОП по протоколу G.703), адаптируется по информационным блокам и сигнализации к среде NGN. Далее все сообщения в единой форме распределяются блоком коммутации и управления в соответствии с адресацией – к терминалам, пакетной транспортной системе (в рассматриваемом случае реализованной на базе IP/Ethernet) либо серверам приложений. Сетевые интерфейсы H.323 и SIP используются в ГК для организации мультимедиа-конференций и предоставления пользователям расширенного перечня услуг и ДВО.

Контроллер MG (Media Gateway Controller) обеспечивает работу ГК через сигнальные и пограничные шлюзы, обеспечивая коммутационную "прозрачность" составных сетей с фрагментами NGN.

Во всех типовых ГК обязательно закладывается возможность решения задач управления эксплуатацией, в том числе с использованием внешних средств. С внешнего сервера управления могут также решаться вопросы конфигурирования ГК.

Предоставление ДВО может осуществляться ГК самостоятельно либо совместно с сервером приложений. Дополнительно в оборудовании гибкого коммутатора могут быть реализованы функции SP/STP сети СС 7 [11], SSP интеллектуальной сети [34] и пр.

Производительность ГК различна при обслуживании вызовов от различных источников, что объясняется, с одной стороны, резкими перепадами объема и темпа поступления пользовательской и сигнальной информации от разных источников, с другой – различием соответствующих алгоритмов обработки сигнальной информации.

Важную роль в архитектуре NGN играют шлюзы (Gateways), используемые как для доступа к сети (рис. 1.6), так и для сопряжения с существующими информационными инфраструктурами.

Оборудование шлюзов реализует функции по преобразованию:

• сигнальной информации сетей с коммутацией каналов в сигнальную информацию пакетных сетей;
• формат пользовательской информации в вид, принятый в пакетной транспортной системы NGN, то есть пакеты IP, ячейки АТМ или кадры MPLS.

В соответствии с выделенными задачами используются различные программные и аппаратные конфигурации шлюзового оборудования [31]:

• сигнальные шлюзы (Signaling Gateway, SG), используемые только в интересах управления установлением соединений;
• транспортные шлюзы (Media Gateway, MG), применяемые для сопряжения взаимодействующих сетей по форматам передачи пользовательских данных;
• транкинговые шлюзы (Trunking Gateway, TGW), обеспечивающие совместное выполнение функций MG и SG;
• шлюзы доступа (Access Gateway, AGW), играющие роль MG и SG для оборудования доступа, подключаемого через интерфейс V5;
• резидентные шлюзы доступа (Residential Access Gateway, RAGW), позволяющие подключать к NGN пользователей, использующих терминальное оборудование СТфОП/УЦСИС.

Основными характеристиками шлюзов являются [21, 26]:

• емкость, определяемая числом обслуживаемых физических/логических каналов, портов, АЛ и пр.;
• производительность,измеряемая числом сигнальных или информационных примитивов, обработанных устройством в единицу времени;
• перечень реализуемых протоколов;
• перечень поддерживаемых интерфейсов.

Конструктивное и функциональное исполнение шлюзов может быть самым разнообразным: от отдельных аппаратно-программных устройств до программных модулей типовых телекоммуникационных средств, например АТС, ГК, маршрутизатор IP и пр.

Из рассмотренного следует, что открытость интерфейсов между уровнями коммутационной среды, являющаяся, по мнению разработчиков, достоинством технологии NGN, привела к необходимости использования в сети дополнительного комплекса ассоциирующий устройств. Таким образом, архитектура NGN является симбиозом двух основных способов построения составных сетей, представленных в главе 1 на рисунках 1.5 и 1.7.

В целом технология NGN представляет собой очередной шаг в эволюции сетей электросвязи. Значимость этого шага для развития телекоммуникаций можно будет оценить только после эксплуатации сетей NGN в течении 5–10 лет.

Сеть абонентского доступа представляет собой постоянно развивающийся организм, аппаратные и программные средства которого ежегодно пополняются новыми "ноу-хау". В сложившихся условиях существенно повышается значение вопросов планирования и проектирования СД в общей проблематике построения информационной инфраструктуры любого масштаба.