Сети Нового Поколения

П о общему мнению, в современных телекоммуникациях наблюдаются существенные перемены, связанные с усиленной «интернетизацией» общества, которые по сути можно считать научно-технической революцией (НТР). К настоящему времени мировые телекоммуникации пережили две научно-технических революции (рис. 1.1). Первая революция имела чисто технологическое значение и была связана с переходом от аналоговых принципов передачи и коммутации к цифровым. Она началась практически одновременно во всем мире в 60-х годах прошлого века и закончилась к 80-м годам. Особенностью этой революции явилось то, что новые технологии никак не затронули сферу услуг, т.е. для общества осталась фактически незамеченной. Вторая революция в телекоммуникациях была связана с появлением систем сотовой связи. От первой революции се отличало то, что она изменила точку зрения общества на мир связи. Идея, что в любом месте и в любое время два человека могут связаться друг с другом, оказалась настолько привлекательной для всех, что сотовая связь стала одной из нематериальных ценностей общества. В результате этой революции «сотовизация», например, во многих европейских странах значительно превысила уровень услуг проводной связи. Третья революция, которая уже началась и постепенно набирает ход, — это переход к глобальному информационному обществу (ГИО). Эта революция в корне отличается от первой и второй тем, что она не только охватывает все общество, но и изменяет основы его устройства, меняя ориентиры, ценности и пр. Так, например, информационные ресурсы в ГИО становятся стратегическими наравне с запасами руды и нефти, сфера коммуникаций оказывается едва ли не основной для развития бизнеса, экономические модели и модели производства все более виртуализируются, возрастает роль ноу-хау и информации и т.д. Одним из направлений внедрения новых виртуальных технологий в жизнь является обеспечение максимально широкого доступа населения к информационным ресурсам общества и всей мировой цивилизации. А поскольку эти возможности могут дать только сети нового поколения, NGN неразрывно связаны с переходом к ГИО и образуют движущую силу этой третьей научно-технической революции в связи. Таким образом, уже сейчас можно предполагать, что новая революция NGN будет масштабнее и существеннее по последствиям для облика систем связи, чем две предыдущих. Едва появившись на горизонте, идеология NGN начала изменять все существующие технологии, начиная от передачи данных и кончая системами сотовой связи. Слова «новое поколение» (Next Generation, NG) становятся в последнее время модной фразой, появляющейся в разных контекстах. И вот уже говорят не SDH, а NGSDH, не АТС, а NGPABX (АТС нового поколения), и т.д. Это обусловлено революционной ситуацией, когда под NGN понимаются разнообразные подходы, решения, оборудование, но все они едины в главном — в эру NGN данные оказываются важнее речи, коммутация пакетов и пакетный трафик оказывается важнее коммутации каналов и речевого трафика. Действительно, доля трафика передачи данных в последнее время динамично растет и постепенно становится доминирующей в современных системах связи (рис. 1.2). Как показывают качественные и количественные оценки, динамика развития речевого трафика в общемировом масштабе в среднем стабильна. В противоположность ему доля трафика данных, и особенно доля трафика IP (Интернета), в последнее время растет экспоненциально, и этот трафик данных начинал превалировать па сетях Европы

уже в 2002-2003 гг. К 2004 г. доля трафика IP оказалось больше доли речевого трафика, и с этого момента можно говорить о начале доминирования концепции NGN в качестве стратегии мирового развития телекоммуникационной отрасли. Революционный переход от речевого трафика к трафику данных составляет основу идеологии NGN. Значение этого факта столь велико, что выше он положен в основу определения NGN. Рассмотрим еще раз генезис (т.е. развитие) современных систем связи в условиях третьей НТР. Высокие требования к информатизации всех сфер жизнедеятельности человечества, т.е. ГИО, привели к необходимости устанавливать компьютеры не только дома и в офисе, но практически везде в общественных местах. Как следствие, началась конкуренция между традиционными телефонными услугами (телефонной связью) и услугами передачи данных. В качестве примера можно привести молодого человека, который делает выбор меж

ду звонком любимой девушке или посылкой SMS. Бизнесмен также может или позвонить своему контрагенту, или послать сообщение по электронной почте. Можно предположить, что через некоторое время трафик передачи данных обгонит телефонный трафик по всем статьям: по общему объему, по важности для пользователя и, соответственно, по ценности для оператора. Впрочем, в последнее время заметно снижение динамики относительного роста трафика данных, поэтому операторы связи, которые хотят по тем или иным причинам ускорить прогресс, возлагают большие надежды на передачу мультимедиа (в том числе видеоинформации) и быстрое развитие и проникновение Интернета во все сферы общества. Удастся это или нет — покажет время. Но факт есть факт, и рано или поздно трафик данных окажется важнее телефонного для всех и каждого. Тогда и наступит новая эра развития систем связи, которая называют эрой NGN. Почему эра NGN так важна для связного сообщества и развития человечества в целом? Причина проста: ни одна технология «эры коммутации каналов» не может в полной мере удовлетворить возросшие требования к услугам связи. Например, существующие абонентские телефонные сети никогда не смогут обеспечить необходимый рост пропускной способности пользовательского канала, какие бы мы совершенные модемы не изобретали. На некоторое время могут быть придуманы паллиативные решения (например, технология ADSL), по рано или поздно спрос опередит предложение, и придется делать неизбежное - коренную модернизацию сети. Вот откуда такой огромный интерес у инженеров к технологии NGN. Не каждое поколение переживает коренную перестройку всей сферы деятельности, тем более, если речь идет о реконструкции, непосредственно связанной с главной идеей развития всей мировой цивилизации (прочувствуйте эти слова - Глобальное Информационное Общество). Поэтому коренная модернизация это огромное поле, где взаимодействуют разные социальные группы, различные технические, идеологические, политические и финансовые интересы. И вполне естественно, что этот многоплановый процесс как-то нужно назвать. Так что NGN - вполне удачное название. Важно также учесть, что за право обладания большим «пирогом» коренной модернизации сетей связи будут биться две группы инженеров. С одной стороны, это связное сообщество («Это наши сети, мы их знаем, и, разумеется, понимаем, как их реконструировать»), с другой стороны - это компьютерное сообщество («В новом мире компьютер будет важнее телефона, это мы создали и внедрили компьютеры и именно мы знаем, как приспособить сети связи для нашего детища»). Беда в том, что обе группы лишь в общих чертах могут понять точку зрения друг друга и прийти к компромиссу, поскольку имеют разные профессиональные навыки и свое мировоззрение. Компромисс между обеими группами необходим, но достигается тяжело, что и порождает целый пласт проблем, тенденций, технических решений, направлений поиска и пр. Если бы дело ограничивалось только одной профессиональной сферой, такого бы не было. Связисты, будучи замкнутым профессиональным сообществом, сравнительно быстро приняли единые стандарты связи па физическом уровне. Вместе с тем, стремясь унифицировать средства передачи данных, компьютерные специалисты также договорились о стандартах в области компьютерных сетей. Но смогут ли договориться между собой программисты и связисты? Это может показать только время. Если учесть все перечисленные факторы, становится понятно, что NGN является не просто технической концепцией или повой технологией. NGN нужно рассматривать как идеологическую доктрину, опирающаяся на стратегический постулат: Компьютер для будущего общества важнее телефона и его имеет смысл поставить в центр новых технологий связи И следствие из этого постулата, связанное с необходимостью коренной перестройки сетей связи: Для нормальной работы сети, ориентированной на компьютеры, а не на телефоны, нужна коренная модернизация сетей связи. Это революционная идеология («Весь мир... разрушим, а затем...»), которая заключается в том, что одновременно с коренной реконструкцией отрасли связи следует дистанцироваться от большей части используемых в настоящее время систем. Если до настоящего времени развитие телекоммуникаций шло до определенной степени эволюционно: из телефонной сети возникали ISDN, системы передачи постепенно переводились от PDI1 к SDH и далее к ATM, то NGN предлагает новые принципы построения па всех уровнях. Это означает, что лучше строить все сети заново, в минимальном объем

е используя уже работающие компоненты. Косвенно этот аналитический тезис может быть подтвержден российским опытом развертывания сетей NGN: во всех случаях они дистанцированы от самой сети, так что оператор имеет телекоммуникационную сеть отдельно и NGN — отдельно. Только в последнее время наметился некоторый синтез, связанный с использованием Softswitch в традиционной системе коммутации, но это скорее исключение, чем правило. Весь огромный объем технических решений NGN, стыкующихся и не стыкующихся между собой, вытекает из приведенных тезисов. Если проблема ставится в общем виде, то частные решения могут быть сколь угодно разными, что и наблюдается в современных сетях NGN. Как будет показано ниже, на фоне рассмотренной революционной ситуации, связанной с качественным скачком в развитии систем связи и новой революционной доктриной, появляются совершенно новые принципы, технологии, методы и подходы к решению традиционных и самых новых задач телекоммуникаций. Одним словом, меняется философия построения систем связи. Но изменение приоритетности целей построения систем связи не означает, что на смену традиционным сетям приходят NGN, которые полностью вытесняют старые технологии. Вместе с новыми технологиями расцвет переживают и традиционные технологии. Чем успешнее классическая технология адаптируется к новым требованиям, тем больше шансов у нее пережить революционную эпоху, не потеряв позиций на рынке. В качестве яркого примера такой адаптации можно привести технологию SDH. Первоначально разработанная в качестве основы первичной сети с коммутацией каналов, технология SDH была модифицирована за счет добавления уровней VCAT, LCAS и GFP. В результате в современных сетях NGSDH оказалось возможным передавать трафик от традиционных сетей TDM вместе с пакетным трафиком NGN. Как следствие, SDH выдержала испытание временем и до сих пор является одной из доминирующих технологий транспортных сетей в мире. Таким образом, революция в области NGN меняет не только расстановку сил между традиционными и новыми сегментами сетей, но и преображает традиционные технологии связи. Это в полной мере масштабная революция в современных системах связи, охватывающая самые широкие слои населения, и тем значительнее данная тема для нашего исследования.

Приступая к столь важному и новому предмету исследования, каким являются сети следующего поколения (New Generation Networks, NGN), целесообразно рассмотреть, что же понимается под этим понятием. Традиция технических исследований предлагает сделать вначале отступление в область терминологии. По мнению одного из системных специалистов, понятие сетей нового поколения — это самое неконкретное понятие в истории сетей связи. Оно совершенно не указывает на какие-либо технологические принципы, а просто акцентирует внимание на неком «новом поколении», что само собой подразумевает фатальную неизбежность NGN. Действительно, по этой логике вскоре на смену сегодняшним сетям придет новое поколение со своими техническими решениями, оборудованием и т.п. вне зависимости от направления научно-технического прогресса. Но такое понимание NGN лишает это понятие какого бы то ни было технического содержания, заменяя его декларацией «Завтра все будет по-другому!». Таким образом, понятие NGN является крайне размытым и с самого начала лишенным технического смысла. Каждый специалист насыщает термин NGN субъективным содержанием. Например, специалисты в области коммутации понимают под NGN новые принципы коммутации, а поскольку они выпускают множество стандартов и руководящих материалов, то их понимание NGN перекочевало и на страницы литературы. Специалисты в области первичных сетей понимают под NGN переход к новым технологиям транспортных сетей типа MPLS, OSPF, BGP и пр. Специалисты в области сетей доступа говорят о системах широкополосного доступа, хотя им хватает такта не расширять свое локальное понимание до общетехнологических масштабов. Специалисты в области маркетинга под NGN понимают новые услуги (VoIP, IPTV, Triple Play) и тоже по-своему правы. В этой чехарде мыслей, идей и интерпретаций важно сразу «поставить вес точки над ё» и сформулировать, что же понимается в этой книге под сетями следующего поколения. Сети NGN — это технические решения, появившиеся на этапе развития цифровой связи, когда трафик данных оказался важнее речевого трафика, а компьютеры — важнее телефонов. Такое определение NGN также не блещет ни оригинальностью, ни конкретностью, но отражает понимание автором специфики темы исследования. В частности, из этого определения вытекают некоторые свойства NGN как определенного симбиоза технологических решений:

• технологии NGN появляются в результате исторического развития, а именно на определенной стадии информатизации общества, когда трафик данных «побеждает» традиционный речевой трафик;
• с концепцией NGN связан качественный скачок в развитии всей технологии систем связи, обусловленный социальным сдвигом и изменением относительной ценности информации в обществе.
• будучи революционной концепцией, технология NGN пронизывает все уровни современных систем связи, а ее новые возможности повлекут за собой коренные изменения в отношении потребителей услуг связи.

На этих свойствах будет основано все последующее исследование. NGN как технология будет рассматриваться с позиций исторического развития, революционности, технологичности и общего приоритета данных над речью, который и привел к новой научно-технической революции в связи. В книге рассматривается концепция NGN в самом широком понимании, отражающем всю структуру современной связи, включая сети доступа, сети транспорта, технологии коммутации и новые услуги.

Приблизительно та же самая идеология равноранговых сетей используется в настоящее время операторами NGN в так называемых кластерных сетях. Представим себе сеть, устроенную по принципу «междусобойчика», т.е. сеть, объединяющие компьютеры, работающие по принципу peer-to-peer. Такой режим связи можно реализовать в домовых сетях современных городов. Небольшие компании развертывают в жилом секторе локальные сети, например, в домах или подъездах. Все локальные сети объединяются в единый кластер (рис. 1.10). Абонентам кластера предоставляется возможность обмениваться данными и файлами бесплатно, тогда как доступ в Интернет представляется за плату.

Т еперь представим, что предлагаемая кластерная сеть «растягивается» до размеров района или даже города. В таком случае область «междусобойчика» объективно должна вырасти. А это, в свою очередь, приводит к интересным последствиям для развития услуг в сети. Чем больше абонентов находится в сети, тем больше насыщенность услуг и больше информации находится в самой сети. Например, если официально в настоящее время запрещено выкладывать в Интернете бесплатные библиотеки МРЗ-музыки, то никто не может запретить этого в рамках кластерных сетей. Ни один закон не может запретить людям в частном порядке обмениваться своими информационными ресурсами. Теперь представим, что по взаимной договоренности абоненты кластерной сети выкладывают интересные ресурсы, материалы, файлы в общий доступ или безвозмездно жертвуют «междусобойчику» часть своего свободного дискового пространства. Тогда все ресурсы будут обобществлены. Объединенная на добровольных принципах, работающая по принципу резервирования информации кластерная сеть становится информационным ресурсом, который не могут позволить себе даже крупные государственные учреждения и военные ведомства. В России, где технология кластерных сетей только начинает развиваться, уже существуют сети с емкостью информационных ресурсов свободного доступа в десятки и сотни терабайт. МРЗ-файлы, программное обеспечение, электронные библиотеки, самые последние видеофильмы все это становится доступным для любого нового абонента. В результате наблюдается цепная реакция. Чем больше ресурс кластерной сети, тем с большей охотой к ней подключаются новые абоненты. А чем больше абонентов сети, тем значительнее ресурс сети. Таким образром, мы получаем необычное явление в современном мире. Сама собой, без специального финансирования, вырастает система с высочайшей суммарной производительностью и огромными коммерческими ресурсами. Представим, что какая-то компания создает новый сетевой программный продукт, например сетевую игру, одна из статей затрат на ее разработку включает тестирование. На помощь приходят кластерные сети. Компания-разработчик заключает контракт на тестирование с оператором кластерной сети и выкладывает новый продукт для бесплатного пользования в область «междусобойчика». Количество абонентов сети, объем информационных ресурсов, производительность кластерной сети дают возможность провести испытания нового продукта в полном объеме. При этом испытания выполняются в условиях, максимально близких к условиям Интернета. Такой проект выгоден всем: разработчик экономит на затратах на тестирование продукта, оператор получает дополнительные средства буквально «из виртуального пространства». В настоящее время домовые сети в большинстве городов имеют ограниченную область охвата, обычно в пределах одного района. Но есть уже и проекты среднего и большого масштаба. С учетом высокой популярности кластерных сетей есть все основания предположить, что уже через несколько лет такие сети смогут бросить вызов сетям городского и даже национального масштаба. В таком случае мы можем ожидать в будущем радикального изменения принципов функционирования абонентских информационных сетей. Вместе с тем технология кластерных сетей подрывает основы регулирования в области авторского права. Для пользователей таких сетей «Copyright» означает «скопировано правильно». Действительно, юридически довольно сложно обвинить в «пиратстве» человека, который не продает авторизованный продукт, а бесплатно раздает его своим соседям. Выше мы уже видели, как сложно реализовать контроль над информационным содержанием кластерной сети. И вновь мы видим революционный смысл технологии NGN, которая преобразует мир вокруг пас.

От различных вариантов технологии равноранговых сетей перейдем к явлениям, связанным с другим особенностями NGN - демократичностью и поливариантностью. В частности, рассмотрим, какие возможности для голосовой связи имеет абонент NGN, подключенный через систему доступа ADSL2+. Как показано на рис. 1.11, любой пользователь ADSL2+ имеет следующие возможности для организации телефонной связи:

• т ехнология ADSL оставляет возможность абоненту пользоваться услугами традиционной телефонии по прямому телефонному каналу через сплиттер (POTS);

• технология ADSL2+ по сравнению с технологией ADSL обеспечивает создание канала передачи речи поверх цифрового потока DSL — CVoDSL, который позволяет существенно экономить полосу передачи;
• в стандарте ADSL присутствует уровень ATM, поэтому пользователь может использовать технологию передачи речи поверх ATM VoATM, используя для этой цели уровень адаптации AAL2;
• системы ADSL ориентированы на предоставление услуг на основе IP на верхнем уровне, поэтому абонент ADSL2+ имеет все возможности использовать для передачи речевой информации технологию VoIP;
• наконец, он может пользоваться Интернет-телефонией, в частности Skype.

Таким образом, абонент имеет пять различных способов телефонной связи на одном и том же абонентском подключении ADSL2+. Все эти технологии используют разные методы преобразования речевого сигнала в цифровой поток (в случае использования канала традиционной телефонии сигнал вообще не оцифровывается) и обеспечивают разную эффективность использования полосы абонентского канала. Но для нас важно, что все пять вариантов подключения одинаково доступны абоненту. Он имеет право выбрать любой из них или использовать несколько одновременно. Например, в квартире могут соседствовать традиционный телефон, телефон CVoDSL, терминал VoIP и телефонная трубка Skype. Такое богатство выбора на каждом широкополосном абонентском подключении приводит, помимо общих преимуществ оптимизации тарифных платежей, к некоторым интересным последствиям. Абонент может выбирать оператора, обеспечивающего ему телефонную связь. Как правило, оператор, обеспечивающий подключение абонента к ADSL, является одновременно оператором традиционной телефонии. Но никто не запрещает абоненту использовать VoIP, купив соответствующую карточку и терминал. A Skype доступен вообще всем абонентам Интернета. За счет этого наиболее активные (как правило, наиболее искушенные в возможностях современного технологического мира) абоненты могут эффективно экономить на разговорах и при этом не нарушать никакие законы. Возможность регулировать техническую политику приводит к тому, что абонент в случае возникновения неблагоприятных условий может уйти к другому оператору. И если раньше операторы могли независимо формировать тарифные планы, то в случае NGN все становится намного сложнее. Если тарифы на традиционную телефонную связь увеличиваются, то абоненты могут уйти вместе со своим трафиком в СVoDSL, VoIP или Skype. В результате меняется прибыль компании. Факторы гибкости и децентрализации проявляются не только в поведении пользователей сети, но и в работе операторов. Например, в последнее время стремление Мининформсвязи РФ регулировать работу сегментов NGN, приняв закон о лицензировании услуг VoIP (1999 г.), привело к тому, что большая часть операторов домовых сетей отказалась от этой услуги, а абоненты ушли в Skype. Этот пример демонстрирует, что поливариантность технологических решений NGN допускает разные варианты поведения операторов, что позволяет компенсировать любые внешние воздействия, в том числе юридического и административного характера. С одной стороны, это является несомненным преимуществом сетей NGN, но с другой стороны, видно, что процедуры нормирования, лицензирования и вообще законодательного управления сегментами NGN должны основываться на совершенно новых принципах.

Еще одним примером сдвига парадигмы связи является глубокая виртуализация системы связи и ее ресурсов. Так, в традиционной системе связи абонент получает реальный ресурс сети. Это может быть телефонная пара или капал Е1 с фиксироваными характеристиками (уровнем напряжения, скоростью или структурой кадра). В NGN все иначе. Абонент, подключенный к сети через Ethernet, получает (нужно прочувствовать эти слова!) «доступ к виртуальному ресурсу». Какой же ресурс в действительности доступен абоненту? Это зависит от поведения всех остальных пользователей сети Ethernet. Такой метод подключения напоминает водопроводную сеть высотного здания. Напор воды в кране в одной квартире будет зависеть от интенсивности пользования водопроводом остальными жильцами (рис. 1.12). Это хорошая иллюстрация понятия виртуального ресурса. В результате пользователь NGN сегодня получает один ресурс, а завтра — совершенно другой, более того, пропускная способность ресурса может меняться даже в течение нескольких секунд.

Возможным выходом могла бы стать приоритетность в обслуживании тех или иных абонентов. Например, оператор может установить для привилегированных абонентов высокий уровень приоритетности, так что их трафик будет обслуживаться в первую очередь. Но такого рода решение может рассматриваться только как временное. Механизм виртуализации ресурса остается неизменным. Вначале приоритеты могут ослабить конфликт доступа пользователей к виртуальному ресурсу, но по мере увеличения числа высокоприоритетных пользователей совместное использование «элитного водопровода» вновь приведет к тем же конфликтам, только на этот раз не для пользователей сети, а внутри группы. Приведенный пример тем более важен, что виртуализация ресурсов проявляется в системах NGN не только па уровне доступа, но и на уровне транспорта, и па уровне коммутации. Можно утверждать, что парадигма NGN основана на полной виртуализации процессов сети, что не будет излишне радикальным. Ниже будет показано, что виртуализация ресурсов сетей является одной из особенностей сетей нового поколения. В то же время виртуализация ресурса и его разделение между несколькими пользователями делает поведение сети непредсказуемым. Из-за большого числа пользователей характеристики ресурса (пропускная способность или качество связи) может меняться на 1-3 порядка в течение нескольких минут и даже секунд. Измерив, например, параметры качества в заданный момент времени, оператор не может гарантировать, что эти параметры сохранятся хотя бы в течение часа.

Рассмотрев взаимоотношения между транспортной сетью и сетями доступа, перейдем к современной модели сетей NGN, которая пришла на смену структурной модели традиционной системы электросвязи, представленной па рис. 1.3. Согласно современному видению, сеть NGN может быть разделена па четыре уровня (рис. 1.9):

• уровень доступа A (Access) обеспечивает доступ пользователям к ресурсам сети;

• у ровень транспорта Т (Transport) представляет собой основной ресурс сети, обеспечивающий передачу информации от пользователя к пользователю;

• уровень управления С (Control) представляет собой новую концепцию коммутации, основанную на применении технологии компьютерной телефонии и Softswitch;
• уровень услуг S (Service) определяет состав информационного наполнения сети. Здесь находится полезная нагрузка сети в виде услуг по доступу пользователей к информации.

В модели NGN нашли отражение современные тенденции развития систем связи. В дополнение к рассмотренным в предыдущем разделе уровням транспортной сети и сетей доступа в модели NGN добавлены еще два уровня. Уровень управления, или, по-другому, уровень коммутации, появился в связи с развитием концепции выделенных систем сигнализации. Эта концепция восходит к системе ОКС №7, в которой впервые в истории развития систем связи предусматривалось разделение речевого и сигнального трафиков. Дальнейшее развитие этой концепции пошло в направлении компьютерной телефонии*, которая предусматривала не только создание отдельной выделенной сети сигнализации, но и преобразование сигнальных сообщений выделенными устройствами на основе компьютеров. Недорогие устройства преобразования сигнализации, построенные на основе открытых интерфейсов, могли создаваться относительно небольшими коллективами разработчиков. Это привело к либерализации рынка устройств коммутации и позволило операторам существенно увеличить объем услуг связи. В конце концов развитие компьютерной телефонии привело к концепции Softswitch, а затем к концепции объединения на уровне управления мобильных и проводных сетей — концепции IMS. Ценность уровня коммутации настолько существенна для концепции NGN в целом, что часто иод сетями NGN понимаются исключительно технологии Softswitch и IMS, что не совсем справедливо. Тем более важно в обобщенном понимании NGN вынести проблемы коммутации на отдельный уровень. Понятие компьютерной телефонии принципиально отличается от телефонии VoIP. Компьютерная телефония связана с преобразованием сигнальных сообщений, тогда как телефония VoIP предусматривает использование компьютера (а затем VoIP-терминала) в качестве телефона. Появление уровня услуг было обусловлено глубоким проникновением в сферу телекоммуникаций современных маркетинговых идей. Традиционные сети имели объективные ограничения на спектр предоставляемых услуг, связанные с малыми возможностями абонентского устройства — телефона. NGN сместила вектор развития систем связи на путь наращивания спектра услуг. С одной стороны, этому способствовала замена у большего числа пользователей телефона на более совершенный терминал — компьютер. С другой стороны, развитие концепции компьютерной телефонии и Softswitch создало технологическую основу для управления любыми сколь угодно разнообразными услугами. Существенную часть деятельности оператора связи стал составлять маркетинг услуг, включающий в себя формирование концепции новых услуг, реализацию новой концепции, продажу услуг, их сопровождение и пр. Появился новый термин — «цикл жизни услуги», поскольку услуги начали сменять друг друга очень быстро. Все перечисленное придало услугам особое значение и потребовало выделить их в отдельный уровень модели NGN. Можно ли предположить, что в модели NGN появятся другие уровни? Такая ситуация вполне возможна, учитывая тот факт, что NGN представляют собой исключительно динамичную концепцию. Но пока внутри сформированных четырех уровней модели NGN не видно технологий, которые могли бы сформировать отдельный уровень архитектурной модели. В дальнейшем указанную модель NGN мы будем кратко называть SCTA, по первым буквам английских названий уровней. Ниже будет показано, что разделение системы NGN на четыре уровня оправдано также и с методической точки зрения, поскольку на разных уровнях модели NGN решаются независимые друг от друга задачи. В то же время нельзя не учитывать, что разные уровни тесно взаимодействуют друг с другом, так что часть практических методик может находи

Еще одно решение в области равноранговых сетей представляет собой проект Skype, который также меняет наши представления о современных методах связи. Для пользователя Skype предоставляет бесплатное программное обеспечение, которое позволяет через Интернет разговаривать с другим пользователем Skype. В основе системы лежит все тот же принцип peer-to-peer, согласно которому пользователи обмениваются пакетизированными речевыми пакетами VoIP через Интернет. Сервер Skype участвует в процессе работы сети, только формируя общую базу данных пользователей сети и обеспечивая соединения между ними. Сеть Skype следует общей модели кластерных сетей, рассмотренной выше. Внутри сети Skype абоненты могут говорить бесплатно, о чем недвусмысленно извещает девиз компании «Весь мир может разговаривать бесплатно». В то же время звонок во «внешний мир» является платным и оплачивается из счета, который пользователь Skype открывает в компании. В настоящее время Skype лидирует но количеству пользователей (более 5 млн) и постепенно наращивает функциональность услуг. Помимо телефонной связи абоненты Skype могли обмениваться тестовыми сообщениями и файлами. В последней версии Skype к перечню услуг добавилась еще и видеотелефония через Web-камеру. В мире бизнеса Skype стал одним из самых популярных средств для ведения международных переговоров и широко используется многими компаниями. Популярность системы Skype оказалась настолько широкой, что в настоящее время существует целая группа мировых и отечественных системных интеграторов, которые включили эту систему в свой инструментарий. Такие компании строят решения по автоматизации бизнес-процессов и управления современными компаниями с использованием Skype и даже разрабатывают специальные приложения на ее основе. Таким образом, Skype из простого Интернет-проекта превратился в международную сеть, которая построена на совершенно отличных от традиционных сетей принципах. С точки зрения традиционных сетей Skype представляет собой не более чем обычную услугу Интернета. Забирая у телефонных компа,-ний трафик, конкурируя с традиционными и новыми международными операторами, Skype остается в виртуальном пространстве, вне норм, вне юридических оснований и вне регулирования со стороны национальных ведомств. И здесь мы снова улавливаем «дыхание» новой парадигмы NGN, которая порождает явления, не вписывающиеся в традиционные понятия о системах связи.

Переход от традиционных систем связи к технологии NGN иногда называют изменением парадигмы систем связи. Под парадигмой, по Т. Куну; будем понимать не только совокупность технических решений и принципов формирования современных систем связи, но и стратегию развития отрасли связи. Сдвиг парадигмы не затрагивает основы телекоммуникаций, но меняет мировоззрение специалистов. При этом связное сообщество неизбежно разделяется на две группы специалистов: традиционных специалистов и специалистов «эры NGN». В большинстве случаев они говорят па разных языках и поэтому не понимают друг друга. С этим, в частности, связан тот факт, что современные сети NGN операторы связи проектируют, развертывают и эксплуатируют отдельно от традиционных сетей. Часто именно мировоззренческая пропасть между двумя группами связного сообщества не позволяет объединить технические средства в единые сети связи. Первоначальный сдвиг парадигмы, связанной с NGN, — это появление новых технических решений, специалистов с новым мышлением и даже повой философии сетей нового поколения. Этот сдвиг парадигмы уже произошел, и его последствия мы наблюдаем в виде новых услуг и систем связи во многих городах России. Дальнейшее развитие, согласно Т. Куну, должно идти по пути конкуренции двух парадигм в социальном пространстве, т.е. в нашем случае в среде связного сообщества. Какая парадигма захватит умы — та и победит в будущем. Но уже сейчас ясно, что молодежь отдает предпочтение NGN. Во всем мире повторяется одна и та же ситуация. Как правило, па переговоры по внедрению современных технологий связи руководство среднего или старшего возраста всегда приглашают молодого специалиста 25-30 лет, который лучше всех представляет специфику технических решений NGN. Быстрая смена технологий NGN требует быстрого овладения научно-технической информацией, что более свойственно молодым людям. Такие специалисты видят в концепции NGN уникальную возможность карьерного роста. Именно эти молодые инженеры когда-нибудь станут директорами предприятий связи и может быть займут министерские кресла. В этот момент истории парадигма NGN победит окончательно. До этого времени мы будем наблюдать постепенное вытеснение традиционных принципов организации сетей связи новыми идеями. Философские и социально-технологические дискуссии вокруг парадигмы связи продолжаются, и выделить все темы обсуждений достаточно сложно. Сдвиг парадигмы происходит сначала в умах, а затемуже в технических решениях, поэтому война технологий напоминает больше партизанскую войну, нем открытые боевые действия. Победное шествие тех или иных технологий можно наблюдать в разных сегментах рынка систем связи. Для помощи читателю в понимании специфики NGN приведем несколько примеров, которые показывают «дыхание» NGN и одновременно, по военной терминологии, взрывают традиционные принципы построения систем связи.

Как было показано выше, начальной отправной точкой революции NGN стало изменение приоритетов мировой цивилизации в ее отношении к трафикам речи и данных. Трафик данных рос постепенно по мере развития компьютеризации и информатизации общества и в какой-то момент «победил» речевой трафик. Процесс информатизации шел бурно, и, по меркам истории, изменение приоритетов произошло почти мгновенно, но и у этого процесса была предыстория. Для того чтобы показать, насколько изменились основы построения современных сетей, проследим эволюцию принципов построения систем связи до и после принятия основного постулата NGN. Традиционно в основе построения классической системы электросвязи лежит первичная сеть, включающая в себя среду распространения сигналов и аппаратуру передачи сигнала, обеспечивающую создание типовых каналов и трактов первичной сети. Эти каналы используются затем вторичными сетями для обеспечения услуг связи (рис. 1.3). Первичная сеть в свою очередь разделяется на два подуровня (транспортный и оборудования передачи), поскольку методически процедуры эксплуатации среды распространения сигналов (волоконно-оптических линий связи, металлических кабелей и ресурса радиочастотного спектра) отличаются от процедур эксплуатации первичной сети как унифицированного банка цифровых каналов. Цифровая первичная сеть может строиться на основе принципов плезиохронноЙ (PDH) или синхронной цифровой иерархии (SDH).

Типовые каналы и тракты первичной сети используются различными вторичными сетями: сетями цифровой телефонии, цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN), сетями па основе принципов асинхронного режима передачи (ATM), сетями передачи данных на основе использования таких протоколов, как Х.25, Frame Relay и т.д., сетями сотовой радиосвязи и транкинга, а также сетями специального назначения (диспетчерской связи, оперативного и технологического управления, селекторных совещаний и т.д.). В процессе развития традиционных систем связи в последние несколько десятилетий наблюдались две дополняющие друг друга тенденции:

• стандарты первичной сети оставались неизменными и основывались на типовой иерархии каналов PDH (потоки El, Е2, ЕЗ и Е4 со скоростями 2, 8, 34, 140 Мбит/с соответственно) или SDH (потоки STM-1/4/16/64 со скоростями 0,155; 0,622; 2,5 и 10 Гбит/с соответственно);
• технологии вторичных сетей развивались бурно, что приводило к постоянному дроблению уровня вторичных сетей на новые и новые сегменты. Так, на границе телефонии и сетей передачи данных появилась технология ISDN, на границе ISDN и традиционных телефонных систем сигнализации — система ОКС №7 и т.д.

Таким образом, дуализм традиционных телекоммуникационных сетей (первичная сеть — вторичные сети) вовсе не сдерживал развития технологии и не способствовал революционной ситуации, которая привела к NGN. Революция была обусловлена не причинами внутри технологии, а изменением приоритетов мировой цивилизации, т.е. она пришла в телекоммуникации извне.

О сновным принципом работы традиционных систем связи был принцип коммутации каналов. Напомним, что для традиционной системы электросвязи наиболее важным трафиком является речевой трафик. Для такого трафика принцип коммутации каналов представляется самым эффективным. Действительно, если основным видом связи в сети является разговор по каналу (цифровому или аналоговому) между абонентом А и абонентом Б, то вполне естественно, что лучше всего создать сеть, в которой всегда можно было создать канал от точки А до точки Б. Из принципа коммутации каналов выросло и деление на первичную сеть как единого банка каналов и вторичные сети, где осуществляется коммутация каналов первичной сети по заданным правилам (рис. 1.4). Первичная сеть составляет основу традиционной системы электросвязи, ее скелет, тогда как вторичные сети могут рассматриваться как потребители каналов первичной сети. Механизм работы такой сети очень прост: вторичная сеть берет из первичной сети типовой канал и предоставляет на его основе пользователям услугу. Но в таком случае для эффективной работы системы связи требуется определенная унификация каналов. Так мы приходим к идее структурированной первичной сети, что и привело к созданию иерархии каналов. Если посмотреть внутрь традиционной первичной сети, то можно увидеть, что она состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровне

Определив (может, и интуитивно) понятие NGN в этой книге, обозначим ее цели и назначение. Сети NGN — это глобальное явление, и точки зрения на их появление могут быть самыми разными. Не исключение и данное исследование. В книге поставлена задача разобраться в принципах функционирования и построения NGN с точки зрения развития практических знаний о технологии связи. Взгляд на новые технологии «сквозь призму» внедрения и эксплуатации представляется утилитарно-практическим. Здесь нет места эйфории маркетинговых исследований или математическим глубинам теоретических знаний. Можно провести определенные параллели между технологией современных систем связи и жилищно-коммунальными системами. Теоретик-связист при взгляде па трубы будет мыслить категориями математических моделей, принципов течения жидкости, теории турбулентности и пр. Инженер-строитель (оператор) знает, как правильно соединить трубы и установить вентили, чтобы система водоснабжения работала эффективно. Взгляд со стороны эксплуатации — это взгляд на ту же систему глазами водопроводчика. За излишествами и новыми методами, которые так радовали инженеров, он подозревает уязвимость. Он прекрасно знает древний принцип: «Где течет, там и подтекает». И его взгляд на систему полон инженерной ответственности за то, что именно его ошибка может привести к тому, что весь дом будет залит водой. Нужно отметить, что именно такие люди в большинстве случаев исправляют ошибки теории и строительства и именно здесь содержатся самые важные практические знания о механике функционирования инженерной системы. Практический взгляд на NGN, которого придерживается автор, отражает точку зрения инженерного сословия. Экономическая, техническая, научная целесообразность решений объективно выходят за рамки предполагаемого исследования. Вместо этого акцент будет сделан на внутреннее содержание современных технологий и на те принципы, которые позволят в будущем поддерживать сети нового поколения в работоспособном состоянии. Именно такая точка зрения, по мнению автора, имеет максимальную инженерную ценность для понимания принципов работы NGN и установления правильного баланса между мощью этой современной технологии и квалификацией специалистов. Настоящий инженер должен любить технику и властвовать над ней, в этом его призвание и назначение. Поэтому цель этой книги — оказать ему квалифицированную помощь в понимании технологии NGN, наглядно показав все внутренние механизмы сетей нового поколения.

Один из первых в истории проектов NGN, который заставил задуматься над новой парадигмой связи, стал проект Napster, описание которого можно найти в монографии Э. Танненбаума «Компьютерные сети» [7]. Технология равноранговых (peer-to-peer) сетей стала очень популярной в Америке к 2000 г., и одной из реализаций такой сети стал проект Napster. В апогее своего развития сеть Napster насчитывала 50 млн пользователей, которых объединяло одно любовь к музыке. Пользователи сети Napster бесплатно и бескорыстно обменивались музыкальными записями через сеть. Идея была простой и чрезвычайно популярной. Каждый новый пользователь вносил на сервер Napster информацию об имеющихся у него музыкальных записях. Тем самым формировалась единая база данных о музыкальных записях. Если другого пользователя интересовала какая-то запись, то он обращался напрямую к ее обладателю и договаривался об обмене или просто о скачивании музыкального файла. Таким образом, проект Napster позволил создать в Интернете большую «толкучку». По на главном сервере Napster не хранилось ни одного файла, а сама компания не была замечена ни в одной из продаж нелегально скопированной музыки. В то же время это стало одним из самых массовых нарушений авторских прав в истории звукозаписи. Здесь и возникло противоречие. С одной стороны, проект Napster функционировал и выполнял функции раздачи контрафактной продукции, с другой стороны, никакой юридической ответственности компания Napster не несла. Когда же под напором музыкальных компаний проект Napster был принудительно закрыт, фактически это ничего не дало. Пользователи приняли к сведению, что бороться с сетью Napster оказалось возможным из-за присутствия базы данных о наличии музыкальных файлов. Именно поэтому первая версия проекта и была закрыта. В следующей версии проекта каждый пользователь вел свою базу данных и поддерживал список группы пользователей. Новый пользователь такой равноранговой сети выходил на бывшего пользователя Napster и узнавал, какие записи есть у него, а также получал список пользователей, у которых также можно было поинтересоваться музыкой. В такой сети процесс поиска становился очень долгим, и вскоре появились программные пакеты, которые автоматизировали этот процесс. В результате проект был реанимирован, но теперь для конспирации даже не имеет названия. Прекратить функционирование такой сети без существенного нарушения гражданских свобод уже практически невозможно. Здесь мы видим первый яркий пример того, как виртуальные технологии, к которым относится и технологии NGN, могут подрывать нравственные устои и юридические права общества.

В приведенных выше примерах было показано техническое «дыхание» новой парадигмы связи. На основе технологии NGN создавались технические решения, которые не вписывались в существующие в настоящее время механизмы работы систем связи. Но сдвиг парадигмы - не только технический, но еще и мировоззренческий. Чтобы это показать, обратим внимание па социальные аспекты внедрения сетей NGN. Мы можем наблюдать социальные изменения в отрасли, которые принесли с собой доктрины NGN. Изменения заметны и по характеру публикаций, и по уровню общения между специалистами. Даже поверхностный взгляд выявит, что современное связное сообщество разделилось на две части: одна придерживается традиционных принципов, а другая уже живет в NGN. Общение между специалистами двух противостоящих «партий» не только не затруднено, но, скорее, вообще невозможно в полной мере, поскольку они говорят на разных языках и оперируют разными категориями. Например, развертывание сетей NGN включают в план перспективного развития операторов связи и выполняют изолированно от существующей сети. Отдельные подразделения развертывают сегменты NGN, запускают их в строй, настраивают, диагностируют и эксплуатируют. Обычно специалисты этих подразделений почти не общаются с инженерами подразделений традиционных сетей. Сегменты NGN выглядят на карте сети как отдельные острова, лишь незначительно связанные со остальной сетью. Языки технических описаний традиционных сетей и NGN настолько отличаются, что специалисту в области традиционных сетей довольно трудно прочесть и выполнить тесты, относящиеся к сетям NGN. Все эти наблюдения приводят пас к выводу, что современные революционные преобразования в связи, вызванные появлением NGN, носят действительно глубокий характер и охватывают не только технические, но и социальные стороны развития отрасли телекоммуникаций. Внедрение NGN нельзя свести к механической замене одной технологии другой, что было в истории сетей связи неоднократно. Мы действительно имеем дело с изменением парадигмы и с настоящей революцией, которую сопровождают перемены, хаос идей, ломка мировоззрений и все то, что делает современный этап технической истории уникальным и особенно интересным для исследования.

Тема NGN — это огромное поле для исследований, проектов, концепций и теорий. К сожалению, в части публикаций, монографий и отечественных исследований, по мнению автора, это поле пока не дало заметных всходов, что отражает современный кризис научной мысли. Тем более важно в данном исследовании опираться на то, что уже было сделано. Однако повторять результаты работы коллег представляется автору лишенным смысла. Поэтому априори считается, что читатель знает основы технологий NGN. В случае если это не так, дополнительные знания общетехнологического характера можно найти в следующих книгах. В части построения систем коммутации рекомендуется уже упоминавшаяся выше монография М.А. Шнепс-Шнеппо «Лекции об NGN» [10], изданная в 2005 г., а также две монографии B.C. Гольдштейна и Л.Б. Гольдштейна «Технология и протоколы MPLS» [29] и «Softswitch» [9]. По современным технологиям транспортных сетей можно рекомендовать две переводных монографии: Э. Танненбаума «Компьютерные сети» [7] и В. Столлинга «Современные компьютерные сети» [8], хотя первая книга содержит больше полезного материала по теме NGN. По некоторым практическим вопросам можно найти материал в монографии автора «SDH - NGSDH: практический взгляд на развитие транспортных сетей» [2]. Интересный взгляд на проблематику VPN и технологию Softswicth изложен в книге А.В. Рослякова [46]. По современным технологиям широкополосного доступа можно посмотреть некоторые статьи на сайте www.xdsl.ru , а также монографию автора «ADSL/ADSL2+: технология и практика эксплуатации» [3], хотя оба источника информации не отражают масштабности революции в области NGN. Технология IPTV обсуждается на форуме www.iptv.ru . Перечисленные источники в основном представляют почти все, что издано в России на тему NGN на конец 2007 года, и содержат общетехнологические знания о сетях нового поколения. Поскольку данная книга посвящена исследованию практических принципов работы NGN, она может эффективно дополнить эти издания практическими знаниями. В то же время технические данные о сетях будут излагаться кратко и только в том объеме, который важен для общего понимания. Поэтому автор советует специалистам, интересующимся NGN, иметь перечисленные монографии в своей библиотеке.