Сети Нового Поколения

Давно прошли времена, когда услуги передачи данных понимались как эквивалент телефонным соединениям; но между компьютерами. Такое понимание свойственно технологиям Х.25 и Frame Relay , которые в настоящее время окончательно устарели. В основе современных технологий передачи данных лежат связи типа клиент-сервер и клиент-клиент ( peer - to - peer ). Второй тип соединения встречается довольно редко и будет рассмотрен отдельно. Не снижая общности, можно считать все услуги передачи данных построенными на архитектуре клиент-сервер. В наиболее простой схеме услуги передачи данных должны быть клиент, сервер и определенный протокол обмена данными между ними. Современные революционные тенденции в области персональных компьютеров и массовых средств электроники привели к тому, что клиент в данной схеме стал унифицированным и одинаковым для всех услуг. Сервер должен иметь программное обеспечение, которое обрабатывает данные, полученные через сеть по заданному протоколу. Таким образом, именно протокол обмена данными между клиентом и сервером определяет процедуру предоставления услуги, а полученные данные - - содержимое услуги. Рассмотрим, какие услуги передачи данных наиболее распространены в настоящее время. Как показывает практика, большая часть подобных услуг используются в процессе работы пользователя с Интернетом. World Wide Web , или, сокращенно, Web , — наиболее распространенная служба современного Интернета, связанная с доступом к его ресурсам (сайтам). Этой службой (услугой) пользуется каждый потребитель, набрав URL - адрес сайта типа www .сайт. ru . В основе такой услуги лежит использование протокола HTTP . Теме WWW и Интернета посвящено множество книг, так что читатель без труда найдет детальное описание процессов установления соединения, просмотра страниц, кодировки ошибок и пр. В настоящем кратком обзоре можно лишь отметить несколько новых тенденций. В настоящее время технология Web переходит от фиксированных сайтов на основе языка HTML к динамичным сайтам на основе новой версии HTML — XML , а также РНР и других языков программирования. Динамичный сайт представляет собой распределенную базу данных, которая формирует информационную страничку для пользователя, исходя из характера запроса, который передает посетитель сайта. Вторая тенденция в современной технологии услуг Web состоит в конвегенции Web -технологий и передачи видеоинформации. На сайтах все больше используются музыкальные и видеовставки, динамические модели и анимационная графика. Третья тенденция связана с изменением коммерческих и маркетинговых стратегий в Интернете, что в настоящее время привело к появлению новой концепции Web 2.0 [45]. Поскольку эта концепция носит явный маркетинговый уклон и не влияет на техническую стратегию, здесь она детально не рассматривается. FTP . Данная услуга представляет собой удобный метод обмена файлами. Доступ к такой услуге можно получить через Интернет, набрав в браузере адрес ftp :// ftp . ca йт. ru , затем использовать процедуру прямой загрузки и выгрузки файлов. E - mail . Услуга электронной почты представляет собой многошаговую процедуру, использующую почтовый сервер. Обычно для обмена данными по электронной почте используется протокол SMTP . В почтовой системе имеются подсистема авторизации пользователей и различные функции доступа к ресурсу. Управление. Еще одна услуга, которая включается в пакет услуг передачи чанных, — это обмен служебной информацией между узлами связи (коммутаторами, маршрутизаторами и пр.). Как правило, схема обмена данными в таком случае является симметричной. Для обмена данными используются специализированные протоколы, имеющие высокий уровень приоритетности при передаче по сети, например протоколы Telnet или SMNP . В большинстве случаев доступ к ресурсам Интернета может осуществляться через несколько промежуточных серверов. Например, процедура доступа на Web-сайт всегда двухшаговая (рис. 6.6), Когда кто-либо набирает адрес Интернет-сайта, например www . pr - gronp . ru . то запрос с данным URL попадает на один из множества серверов DNS , которые представляют собой базу данных соответствия между URL и IP -адресами в Интернете. Если на этом сервере нет данных о сайте, запрос транслируется на следующий сервер DNS и т.д. Преобразование адреса может вносить дополнительную задержку в обработку запроса от клиента на Web-сайт. Задержка, в свою очередь, уменьшает эффективную скорость загрузки данных с сайта.

На рис. 6.6 также показан обмен данными между клиентом и FTP -сайтом, который (при известном пользователю IP -адресе) может укладываться в простую схему соединения клиент-сервер. Современные технологии передали данных широко используют адаптивные принципы обработки информации. Например, для того чтобы оптимизировать работу DNS -серверов. в них реализуется адаптивный процесс обработки запросов (напомним, что как только в современной системе связи возникает любой адаптивный алгоритм, появляется эффект «ускользающей технологии»). Сформированная связка адресов URL -1 P хранится в оперативной памяти сервера в течение определенного времени жизни TTL ( Time То Live ). Если за это время новый пользователь выйдет на сервер DNS с тем же URL . то ответ сервера будет почти мгновенным. Таким образом, при обращении на более популярные сайты (например, поисковые системы и пр.) время отклика сайта будет намного быстрее, а эффективная скорость выше, чем при запросе к менее популярному сайту. Развитие технологии Интернет и современной электроники привело к тому, что даже простая схема связи клиент-сервер стала иной. Доступ к Интернет-сайтам пользователи могут получать с помощью не только компьютера, по и многих бытовых устройств, имеющих экран: телевизора, видеокамеры, мобильного телефона, КПК и пр. Изменился также и способ размещения сайтов. Вместо локальной информационной системы на базе одного сервера современные сайты представляют собой информационный комплекс на базе нескольких разделенных компонентов (рис. 6.7).

Технологию статических HTML -страниц сменила новая технология динамичных сайтов на основе РНР (препроцессора гипертекстов) и распределенных баз данных. Страница сайта в этом случае представляет собой комбинацию информационных нолей из базы данных, т.е. динамичный сайт позволяет показать пользователю страницу, полностью отвечающую запросу. Технология динамичных сайтов позволила оперативно управлять не только контентом сайтов, но и, например, размещением баннерной рекламы. В традиционной Web -технологии при изменении контента необходимо переписывать соответствующие страницы сайта. Для динамичных сайтов необходимости в этом нет, достаточно заменить содержимое базы данных, например рекламных баннеров, и автоматически начнется новая рекламная компания. Переход от традиционной технологии разработки сайтов к динамичной позволила использовать в рамках услуги передачи данных принцип декомпозиции, который изначально заложен в технологию распределенных баз данных. Кроме того, задачи контроля доступа и безопасности ( Firewall ), авторизации ( SSL ), регулировки нагрузки были выведены из сервера сайта на отдельные устройства (рис. 6.7). В новых условиях, когда развивается мультимедийная технология и интерактивные видеоуслуги, архитектура сайтов претерпела дальнейшую декомпозицию. На рис. 6.8 представлена современная распределенная архитектура Интернет-ресурса. Его отличает наличие не только информационной компоненты на основе распределенной базы данных и динамичной Wcb -технологии, но и присутствие интерактивных ресурсов мультимедиа (потоковый сервер, серверы аудио- и видеофайлов и пр.). Для управления такой сложной распределенной системой необходимо использовать внутренние коммутаторы контента, сетевые экраны ( Firewall ), устройства регулировки нагрузки разного типа и пр. Таким образом, все рассмотренные особенности технологии NGN : ис

Первая услуга, которую можно считать концептуальной для NGN , это концепция Triple Play , часто называемая также «три в одном» или услугами «тройного применения» (оба перевода недостаточно точны, поэтому мы будем использовать английский термин Triple Play или ЗР1ау). Как было показано выше, в основу концепции Triple Play была положена идея о том, что все современные услуги связи можно представить в виде объединения речи, данных и видео. Триада этих услуг создаст своего рода базис, по которому можно разложить любую современную услугу. Первоначально для этого предполагалось использовать одну инфраструктуру сетей доступа и единую транспортную сеть для всех возможных услуг связи (рис. 6.4,а). По сути это все та же традиционная система связи, где услуги Интернета, телефонии и телевидения предоставляются отдельно и могут быть объединены только па уровне кабельной сети доступа (доступ в Интернет по телефонной парс, передача данных и телевидения по оптоволокну и пр., что было подробно рассмотрено в главе 2). Напомним, что такая организация услуг имеет вертикальный характер и была названа в главе 2 стратегией «Спагетти». Концепция Triple Play предлагает использовать для предоставления всех указанных на рисунке услуг единую инфраструктуру мультисервисной сети NGN , включающую транспортную сеть и сеть доступа. Архитектура сети в таком случае становится горизонтальной, а стратегия называется «Лазанья» (рис. 6.4,б). Переход в концепции услуг от вертикальной к горизонтальной модели организации и объединение различных услуг на уровне транспорта и доступа представляют собой существенный шаг по пути конвергенции сети на уровне услуг. Таким образом, концепция Triple Play стала основой для дальнейшей конвергенции сетей. В качестве примера такой конвергенции на рис. 2.13 уже была представлена связь между наиболее популярными технологиями доступа и этой триадой. Одна

и та же триада услуг (данные, речь, видео) может опираться па сети домашнего Ethernet , абонентские сети ADSL или оптические системы FTTx / PON , при этом принципы предоставления услуг, диагностики, контроля и управления качеством будут совершенно одинаковыми. Таково следствие принципа конвергенции современных сетей. Создав единую среду передачи данных па основе IP , технология NGN позволяет перемешивать различные сети доступа и предоставлять весь перечень услуг Triple Play в любых сетях. Однако концепцию Triple Play нельзя свести только к простому продолжению традиций конвергенции или построению горизонтально ориентированной структуры связи. Концепция Triple Play предложила совершенно уникальный подход, который вероятно станет доминирующей концепцией для будущего развития услуг, какие бы термины для этого не изобрели (ЗР l ау, 4Р l ау, 5Р l ау, 3 G , 4 G . 5 G и т.д.). Суть в том, что в концепции Triple Play впервые была предложена процедура декомпозиции/композиции услуг (рис. 6.5). В соответствии с этой концепцией предложено использовать триаду как набор базовых услуг. Любая услуга, которая может быть реализована в сети, проходит процедуру декомпозиции, т.е. разделение на три базовых услуги. Затем три услуги поступают в сеть и передаются по линии клиент-сервер или клиент-клиент ( peer - to - peer ). Для этого задействуются все три основных уровня, обеспечивающих предоставление услуг (уровень доступа, уровень транспорта и уровень управления). На

приемной стороне три составляющих услуги объединяются, что можно трактовать как процедуру композиции или восстановления услуги. В результате клиент получает услугу в ее планируемом виде. Концепция Triple Play в такой трактовке представляется очень революционной. Перечислим лишь некоторые важные следствия этой концепции. Уровень услуг разделяется на два подуровня. На верхнем подуровне находятся все существующие и перспективные, но пока не реализованные услуги связи, а на нижнем только три услуги триады. Поскольку именно триада ближе всего к сети, решения уровня услуг оказываются унифицированными. Механизм предоставления услуг в концепции Triple Play создается один раз. Для этого оператор должен реализовать на сети всевозможные механизмы предоставления трех базовых услуг. Если это удастся, то из их комбинаций рождаются и все остальные услуги. Новые услуги отличаются друг от друга только последовательностью композиции и декомпозиции. Это создаст основу для креативной деятельности по разработке новых услуг — достаточно разработать единые правила композиции и декомпозиции. Как только это будет сделано, сценарий ввода услуги на сети будет фактически готов, поскольку механизмы доставки услуг Triple Play уже разработаны. Концепция оказывается открытой для любых новых услуг. Даже если услуга только задумана, то сеть потенциально готова для ее предоставления. Предложенные механизмы предоставления Triple Play гарантируют, что любой новый алгоритм композиции и декомпозиции может быть внедрен па сети. Концепция Triple Play оказывается открыта к будущим модификациям стратегии развития услуг. Как это не парадоксально, но прогнозы развития Triple Play идут намного дальше изложенной здесь концепции Triple Play . В случае, когда базиса триады не хватает для предоставления какой-либо повой услуги, которая тем не менее по замыслу ее создателей будет востребована, эта услуга просто вводится в набор базисных услуг. При этом сеть должным образом модернизируется, чтобы предоставлять всем пользователям не три, а уже четыре услуги, а далее процесс предоставления услуг развивается в той же самой идеологии. Любые перспективные услуги впоследствии оказываются всего лишь композицией и декомпозицией из четырех базовых услуг (этот набор можно назвать «квадрига»). Ниже будет показано, что именно такой алгоритм используется для создания новой концепции 4Р1ау. Но и дальше процесс не завершен. На данный момент пока не видно, что будет после 4Р1ау, поскольку нельзя придумать популярную услугу, которая не могла бы стать продуктом композиции «квадрига». По вполне вероятно, что когда-нибудь набор базовых услуг придется расширить до пяти, шести и т.д. услуг. Следствием концепции Triple Play является разделение задач исследования новых услуг на две большие группы. Первая группа связана с подуровнем триады. Сюда относятся вопросы адаптации к Triple Play решений уровней доступа, транспорта и управления, проблема контроля и управления качеством триады и т.д. Вторая группа задач - - это изучение алгоритмов композиции и декомпозиции для построения услуги. Первая группа задач имеет конечный объем материала для исследования; анализ задач второй группы может продолжаться до бесконечности, поскольку количество услуг Triple Play , как ожидается, может быть неограниченно. Поэтому в этой главе мы сконцентрируемся на первой группе задач. А именно, будет проведено исследование каждой компоненты триады с указанием особенностей современного состояния технологий предоставления этой компоненты. Затем мы перейдем к исследованию процессов, связанных с объединением отдельных услуг в триаду, и тем завершим исследование концепции Triple Play .

В процессе исследования технических решений NGN разных уровней было показано, что для каждого уровня существует определенный лейтмотив развития. Для сетей доступа это были использование существующих решений и необходимость оперативно предоставить широкополосный доступ всем потенциальным пользователям, для уровня транспорт

ных сетей — конвергенция решений, для уровня управления — перманентная декомпозиция технических решений. Вполне естественно найти лейтмотив развития современных услуг связи, который определял бы направление эволюции концепции услуг. Из перечисленных выше особенностей современных услуг NGN наиболее подходящей на роль лейтмотива является их интерактивность. Развитие интерактивности услуг можно проследить па примере видеоуслуг в современных сетях N GN . В [44] была предложена закономерность, согласно которой развитие интерактивности приводит к последовательному сближению оператора и пользователя (рис. 6.3). Развитие интерактивности услуги ведет ко все более активному участию пользователя в работе телевидения. Если взять за отправную точку обычное эфирное телевидение, то здесь пользователь совершенного пассивен. При переходе к услуге «видео по запросу» ( VoD ) пользователь включается в процесс работы сети, поскольку сам может выбирать понравившийся материал. Дальнейшее развитие интерактивности позволяет пользователю включится в обсуждение контента, получаемого по запросу в режиме реального времени. В качестве примера такой услуги можно увидеть видеочаты, которые транслируются по некоторым каналам российского телевидения. Сюда же можно отнести одиозные проекты «Дом-2» и пр., когда зрители участвуют в обсуждении судьбы героев программы или сериала. Венцом интерактивного участия пользователя в работе телевизионного вещания является уровень, когда пользователи сами начинают формировать контент. Многочисленные блоги, журналы, банки любительских фильмов в Интернете — это только начало новой телевизионной культуры. На выставке СеВ I Т-2007 компания Alcatel продемонстрировала платформу IMS , которая дает возможность пользователю самому формировать, редактировать и размещать в системе IPTV свой канал телевидения, рекламировать его, делать связку своего канала с другими каналами вещания в Интернет и т.д. Таким образом, от концепции «сам себе режиссер» пользователи NGN переходят к концепции «сам себе продюсер». Параллельно с движением пользователей к максимальной интерактивности навстречу им движутся операторы, которые развивают услуги сети таким образом, чтобы рост интерактивности поддерживался соответствующими сетевыми решениями. На этапе полностью пассивного поведения пользователей оператор предоставляет услугу телевизионного вещания — одну для всех пользователей. Появление услуги VoD на сети ставит вопрос о регулировании контента, поскольку появляются более приоритетные и менее приоритетные каналы телевидения. Для эффективного управления услугами оператор должен перейти от уравниловки в предоставлении услуг к разделению пользователей на группы. Появление активных пользователей, которые включаются в процесс интерактивного обсуждения наполнения сети, приводит оператора к необходимости перейти к интерактивным технологиям, ориентированным либо на определенные социальные группы, либо па последовательную персонализацию услуг связи. Встреча оператора и пользователя происходит в виртуальной точке максимальной интерактивности последнего, когда он становится источником контента для оператора. В таком случае оператор должен обеспечить пользователю реализацию всех его пожеланий, будь то настройка оболочки управления услугами или специальные редакторы для формирования собственного контента. В тот момент, когда операторы и пользователи встретятся в виртуальной точке максимальной интерактивности, возникнет совершенно новое сообщество специалистов, работающих с системой связи. Граница между оператором (более точно, контент-провайдером — поставщиком информации) и пользователем окончательно размывается. Оператор может быть заинтересован в том контенте, который предложит ему пользователь, в особенности если такой контент заинтересует широкие массы общества. В таком случае может оказаться, что пользователи нового поколения будут заключать договора на поставку контента операторам, как сейчас имеют место договора об оплате хостинга популярных сайтов. Стратегия на максимальную активность пользователей представляется исторически естественной, но ее воплощение во многом зависит от уровня информатизации общества. В конце концов в любых условиях пользователь хотел бы получить понятную ему качественную и простую в управлении услугу, В отсутствие компьютерной грамотности невозможно предполагать высокую интерактивность пользователей сети. Но в цело

Исследование законов развития услуг NGN лучше всего начать с исторического обзора, который позволит проследить эволюцию современных технологий уровня предоставления услуг. Соответствующий эволюционный ряд представлен на рис. 6.2, За отправную точку на рисунке взята технология традиционной телефонной связи, которая представляет собой всем известный набор услуг (международная, междугородная связь, справочные службы и пр.). Качественный скачок в изменении концепции услуг был связан с развитием технологии ISDN , когда произошла интеграция между телефонной сетью и сетью передачи данных. На основе объединения (2Р l ау) двух услуг (телефония + передача данных) оказалось возможным разработать целый пакет новых услуг. Например, на этом этапе появились услуги передачи данных параллельно с разговором и т.д.

Дальнейшее развитие концепции услуг шло по пути повышения эффективности использования ресурса сетей ISDN и ОКС №7. Б частности, возможность передачи сигнальных сообщений в процессе разговора оказалась очень важной при формировании группы услуг, которые получили название ДВО (дополнительные виды обслуживания). Услуги ДВО отличаются от традиционного пакета услуг ISDN , которые в большей степени были ориентированы на использование телефонии, передачи данных и их комбинации. ДВО ориентировались на услуги, связанные с поведением абонента в сети. К услугам ДВО относятся такие популярные услуги, как нереадресация, «вызов третьего», «вызов на конференц-связь» и пр. Переход от цифровых сетей связи к концепции NGN совершил революцию в современных услугах, поскольку привнес третье измерение передачу видеосигналов. Концепция Triple Play , которая упоминалось в главе 2, стала основой для развития современных услуг NGN . Они базируется на той идее, что любые современные услуги можно представить в виде комбинации данных, речи и видео. Например, интерактивные игры можно представить комбинацией «данные + видео», а видеоконференц-связь — «видео + речь» и т.д. Концепция Triple Play вызвала настоящую революцию в современной жизни. Пока этот набор новых услуг доступен только инноваторам и эктузиастам, процесс их внедрения только начинается. Если раньше подобные услуги рассматривались как существенный деловой инструмент современной цивилизации, то теперь в системы связи добавляется развлекательная компонента, связанная с видеоуслугами. В настоящее время прорабатываются стандарты для новой концепции - 4Р l ау. Па этот раз четвертым измерением, которое привносится в услуги связи, является сотовая связь и услуги, связанные с местоположением абонента и его мобильностью. Например, существующая концепция сетей 3 G , опытное внедрение трансляции телевидения на мобильные телефоны и пр. это лишь подготовка к будущему прорыву в области современных услуг. Так же, как концепцию Triple Play нельзя свести только к комбинации данных, видео и речи, так и 4Р1ау нельзя представить как «то же самое, только в автомобиле или поезде». Синергетический эффект, который принесла с собой концепция Triple Play , будет продолжен па новом этапе, несмотря на то, что стандарты 4Р1ау и принципы организации связи не до конца понятны даже специалистам. Ниже мы рассмотрим концепции Triple Play и 4Р1ау детально, так как именно эти две концепции составляют основу технических решений уровня услуг NGN .

Рассмотрение решении уровня услуг в общем анализе технологий NGN связано с некоторыми трудностями. Во-первых, важность услуг для современных систем связи трудно переоценить. Правильность построения всей технологической инфраструктуры связи проверяется на уровне услуг. От того, насколько новые услуги будут востребованы, насколько они будут популярны, зависят эффективность работы и конкурентоспособность операторов связи. По линии услуг проходит раздел между популярными и непопулярными, прибыльными и убыточными операторами, между профессионалами и ремесленниками от связи. Здесь формируется доходная часть бюджета операторов, поскольку пользователь платит не за что иное, как за услуги связи. Все эти факторы делает тему исследования новых услуг одной из определяющих для любой технологии связи, в том числе и для концепции NGN . Во-вторых, любой обзор, касающийся услуг связи, в большей или меньшей степени пропитан определенным маркетинговым «шумом», который всегда присутствует, когда речь идет о товарах массового потребления. Для сравнения, обзоры, касающиеся технологий IMS или MPLS , не настолько уж ориентированы на маркетинг. Присутствие маркетинговых рассуждений в различных статьях и обзорах, посвященных услугам, существенно затрудняет поиск и анализ технологических основ и концепций предоставления новых услуг, так что специалист должен усиленно работать над материалом, чтобы отделить технические аспекты от экономических. В-третьих, услуги связи находятся на перекрестке интересов самых разных групп: технических специалистов, маркетологов, коммерческого персонала и потребителей. У каждой из этих групп имеется свое пред ставление об услугах и свой взгляд на проблемы их предоставления. Поэтому исследование современных концепций услуг целесообразно начать с небольшого введения, чтобы еще раз указать, для кого данное исследование делается и на каких позициях оно основано. Сразу оговоримся, что в этой главе будет дан технологический анализ услуг как одного из уровней модели SCTA систем NGN . Обзор основных решений, сетевых конфигураций, принципов организации услуг будет дан через призму техники, а вопросы целесообразности, эффективности различных услуг, принципов их внедрения, окупаемости и т.д. будут сознательно опущены как не имеющие технической ценности. В качестве первого шага по пути исследования новых концепций услуг следует признать тот факт, что революция NGN коснулась в том числе и современных услуг, выразившись в сдвиге парадигмы на данном уровне технологии. В традиционных сетях связи объем предоставляемых услуг был большим, но услуги носили асимметричный характер. В процессе предоставления услуг оператор выступал в качестве активной стороны, предлагая услуги, а пользователь большей частью выступал как пассивный потребитель. Изменение парадигмы в концепции услуг, которое было связано с общим изменением концепции сетей NGN , выражается в первую очередь в том, что роли оператора и пользователя существенно поменялись. Информатизация общества, которая стала и причиной, и следствием появления NGN , привела к изменению требований к услугам связи. Оконечные терминалы сетей радикально изменились. Количество услуг, которыми может пользоваться пользователь компьютера или КПК, на несколько порядков превосходит возможности пользователя традиционного телефона. Наличие обратной связи от пользователя к оператору сделало современных потребителей услуг связи активными потребителями. Теперь пользователь и оператор выступают как союзники в едином процессе информатизации, и это сотрудничество можно считать лейтмотивом эволюции современных услуг. Выделим некоторые отличительные признаки новых услуг NGN . Количество услуг NGN чрезвычайно велико. Современная технология практически не ограничивает возможности пользователей в части современных услуг. Пользователи озвучивают свои пожелания, а операторы, имеющие неограниченные возможности в части создания новых услуг (например, современная платформа IMS позволяет формировать любые возможные услуги связи), реализуют эти услуги. Такая гонка технологий приводит к тому, что количество современных услуг в сетях NGN действительно впечатляет. Современные услуги интерактивны. Пользователь в большинстве случаев выступает в качестве активного участника процесса предоставления услуг. Уровень интерактивности услуг растет с каждым годом, так что можно интерактивность рассматривать как особенность современной концепции услуг связи. Сов

ременные услуги персонализированы. О тенденции к пер-сонализации услуг сказано в предыдущей главе. При широком многообразии услуг, исключающем какие бы то ни было ограничения потребительского спроса, пользователь чаще всего хочет получить персональный набор услуг. Таким образом, услуги связи персонализируются. Современные услуги создают демократичное поле поливариантных решений. Решения уровня услуг полностью соответствуют концепции NGN . в том числе и принципу демократичности. Самые разные услуги сосуществуют в едином рыночном поле. Для каждой услуги существует свой круг пользователей, так что в этом услуги совершенно равноправны. Время жизни услуги ограничено. В NGN впервые к услугам применено понятие времени жизни, которое отражает развитие новой услуги в рыночном поле от появления ее на рынке до прекращения существования. Например, сейчас уже нет телетайпа, о котором постепенно забыли, и телеграфа, которой при сохранении привычного населению названия в настоящее время фактически заменен связистами электронной почтой. Это подчеркивает высокую динамику развития современных сетей, о которой шла речь в главе 2. Для услуг традиционных сетей также существовало время жизни, но оно могло составлять несколько десятилетий, так что можно было говорить скорее о стационарном наборе услуг, чем о об их динамичном развитии. В NGN услуга может существовать несколько месяцев или даже несколько дней. Все перечисленное выше отражает процесс изменения парадигмы современных услуг связи, которая, в свою очередь, связана с революционными преобразованиями, которые приносят с собой NGN . Вместе с преимуществами, которые дает технология NGN в области услуг, обнаруживаются и недостатки. Наиболее явные из них: рост сложности технических решений, связанных с новыми услугами, новые требования по объемам передаваемой информации и повышение требований в части безопасности сетей. При исследовании каждой новой группы технологий мы будем отдельно рассматривать преимущества и недостатки новых услуг. Комментируя динамику развития услуги, связанную с временем ее жизни, нужно учесть, что любая услуга на рынке сосуществует с другими услугами в едином демократичном иоле, опирается на определенную

социальную группу потенциальных или реальных пользователей. Услуга уходит с рынка, когда количество таких пользователей уменьшается до размеров, при которых затраты на предоставление повой услуги не окунают суммарную плату, полученную от пользователей. На рис. 6.1 представлена простейшая модель жизненного цикла услуги на рынке, которая зависит от поведения различных групп пользователей. Легко видеть, что такая модель представляет волнообразную динамику развития услуги, что характерно для любых инновационных технологий, появляющихся на рынке. Как показано па рисунке, услугой пользуются разные социальные группы. Самая малочисленная группа — это инноваторы. Как правило, это профессионалы от телекоммуникаций, которые разрабатывают, придумывают и экспериментируют с новыми услугами связи. Затем идет более многочисленная группа энтузиастов. Это могут быть не специалисты в системах связи, по люди, для которых технология связи является своего рода хобби. Они с энтузиазмом занимаются опытным внедрением и тестированием новой технологии, чаще всего на совершенно безвозмездных началах. Эти две социальные группы опережают внедрение новой услуги. Все остальные пользователи делятся на три группы. Продвинутое большинство — это люди, хорошо знающие компьютер и имеющие достаточную квалификацию для того, чтобы самостоятельно настроить новые услуги. Обычные пользователи отстают от них по уровню квалификации и используют новые слуги связи тогда, когда настройка компьютера сводится к нажатию одной клавиши после загрузки установочного диска. Консервативные потребители, или запоздавшее меньшинство, представляют собой пользователей, которые обратятся к уже неновым услугам только тогда, когда все остальное общество основательно привыкло к ним. Указанное распределение по социальным группам не является статичным, а меняется с течением времени. На ранних стадиях новую услугу тестируют в лабораториях инноваторы. а затем пускают ее в опытную эксплуатацию. В этот момент ее подхватывают энтузиасты, тестируют, находят и исправляют ошибки. И только после этого новую услугу можно считать состоявшейся на рынке. Услуга внедряется, продается и охватывает постепенно все социальные группы — от активных и квалифицированных пользователей до консерваторов и «чайников». Размер социальной базы для каждой услуги свой и определяется ее характером. Для каждой услуги существует своя социальная база, своя динамика развития, свой цикл жизни и свои показатели эффективности. Комментируя разнообразие современных услуг связи, приведем некоторые из них. связанные с передачей видеосигналов. Многие из перечисленных услуг появились с появлением сетей IPTV и NGN . Для традиционных сетей они были по определению невозможны.

• Video on Demand ( VoD ). или видео по запросу — запрос и просмотр видеоконтента, фильмов, ТВ передач и т.д. в заданное пользователем время.
• Network Personal Video Recorder ( nPVR , PVR ) — управляемая пользователем цифровая запись контента на сетевой сервер или STB с целью последующего индивидуального просмотра.
• Remote Recording Capabilities — возможность дистанционного управления функциями VoD , PVR и др. с мобильного телефона, ПК, других устройств.
• Time Shifting - возможность отложенного просмотра ТВ передач и замедленный просмотр в ходе передачи понравившегося фрагмента.
• Interactive Services — обеспечение двустороннего канала, обратной связи между пользователем и производителем контента, а также другими пользователями в целях интерактивного взаимодействия.
• Multiple Camera — возможность абонента «переключать» ТВ камеры из числа используемых во время трансляции.
• Instant Messaging — функция мгновенной передачи сообщений между пользователями и группами пользователей.
• Voice over IP — организация речевого обмена в группах (например, открытый чат для обсуждения в процессе просмотра ТВ передачи, фильма и т.д.)
• E - mail on TV — организация электронной почты без использования ПК (на экране ТВ приемника).
• Unified Messaging — интеграция голосовых и текстовых сообщений.
• Caller ID — идентификация номера звонящего абонента и отображение номера на экране ТВ.
• Video Telephony — организация видеотелефонии, видеоконференций между пользователями на сети.
• Walled Garden Internet — организация доступа к контентным ресурсам и сервисам, в том числе интерактивным, размещенным на сети оператора.
• Home Surveillance — организация дистанционного домашнего видео-наблюдения.

Таким образом, современные услуги связи предста

Завершая исследование технических решений уровня управления, сделаем ряд замечаний относительно общих принципов NGN и технических решений на данном уровне. До сих пор лейтмотивом исследования в этой главе был принцип перманентной декомпозиции, который определяет специфику решений уровня управления в их сравнении с другими уровнями NGN . По присутствие такой специфики не отменяет того, что на уровне управления действуют те же самые законы, которые определяют развитие сетей NGN в целом. Принципы демократичности, конвергенции, наличие адаптивных механизмов и многие другие закономерности развития сетей NGN проявляются на уровне управления и вносят свою специфику в характер этих решений. Принцип демократичности существенно повлиял на ход эволюции решений па уровне управления. Некоторые рассмотренные выше шаги по пути декомпозиции решений были коренным образом связаны с принципом демократичности, например появление решений компьютерной телефонии, внедрение SBC и появление решений прикладного уровня на основе PARPLAY — все это было бы невозможным, если бы принцип демократичности не допускал применение в распределенных технических решениях оборудования сторонних фирм-производителей. Развитие концепции управления от Softswitch к IMS позволяет не просто разделить трудности разработки между различными компаниями, но и использовать наработанные за последние несколько лет принципы оффшорного и аутсорсингового программирования. Большая роль программного обеспечения в концепциях Softswitch и IMS привела к тому, что на одних и тех же аппаратных платформах могут быть реализованы различные концепции Softswitch , которые будут кардинально отличаться друг от друга и не иметь ярко выраженного происхождения. Демократичность разработки современных систем управления NGN в настоящее время доходит до того, что в рамках крупнейших фирм-разработчиков, таких как Alcatel , Siemens , Nortel и др., сосуществуют несколько альтернативных разработок, которые совершенно не связаны друг с другом и представляют собой плоды творчества небольших коллективов разработчиков. Такая стратегия вступает в противоречие с традиционными процедурами сертификации и регулирования в отрасли телекоммуникаций. Например, в создавшейся ситуации невозможно говорить о Softswitch компании Alcatels , поскольку у компании есть несколько альтернативных разработок разного происхождения. Также немыслимо регулировать процессы внедрения Softswitch на основании идеологии регулирования внедрения АТС. Например, требование, чтобы в одном регионе (МРК) использовалось оборудование Softswitch только двух производителей, представляется абсурдным, поскольку у каждого производителя есть несколько решений, кроме того, имеет место конвергенция решений разных производителей, В состав Softswitch разных компаний могут входить SBC одного происхождения, так что конкуренция и сравнение моделей в таком случае представляются более чем спорными. Принцип демократичности не позволяет провести разделение между Softswitch и IMS . Сейчас имеет место последовательное «перетекание» одной концепции в другую. Поскольку в обоих случаях решения на 80...90% - это программное обеспечение, то процесс перехода от концепции Softswitch к концепции IMS может быть непрерывным и гладким. В связи с этим принцип демократичности уравнивает в правах различные тактические концепции внедрения решений NGN уровня управления. Наличие в настоящее время проработанной концепции IMS вовсе не умаляет ценности концепции Softswitch . Операторы, которые не стремятся к конвергенции беспроводных и широкополосных сетей, могут вполне обойтись решениями на основе Softswitch и будут правы. Такая же демократичность присутствует и в отдельных реализациях решений. Например, оператор может сам выбирать направление модернизации своей системы управления. Можно ориентироваться на большие платформы класса IMS , но можно выполнить широкий план модернизации па основе решений AS / SBC . Принцип конвергенции технических решений также существенно влияет па особенности NGN уровня управления. Выше были описаны факты конвергенции между уровнями системы управления, конвергенция внутри технических решений. Именно принцип конвергенции позволяет выполнить процедуру перехода от Softswitch к IMS плавно, что было невозможно при переходе от традиционных сетей к Softswitch . Широко распространен также принцип максимального использования адаптивных механизмов. Переход к распределенным системам уп-равления сам по себе предусматривает использование процессов резервирования и адапт

Еще одна особенность IMS как нового шага по пути развития современных систем управления — это дальнейшее усложнение систем сигнализации. С одной стороны, среди интерфейсов табл. 5.1 нет ничего нового в части систем сигнализации по сравнению с технологией Softswitch . Разве что протокол RADIUS , используемый в технологии Softswitch , был заменен на протокол DIAMETER , который удовлетворяет условиям роумин-га клиентов широкополосного доступа и задачам конвергенции проводных и беспроводных систем связи. С другой стороны, сложность сигнального обмена в системе IMS существенно увеличилась. Здесь нужно учитывать тот факт, что множество протоколов NGN представляет собой внешне довольно простую систему, которая тем не менее допускает очень большое количество вариантов. Протоколы сигнализации NGN можно сравнить с языком, в котором используются всего лишь несколько десятков букв, но количество комбинаций из них вполне достаточно для появления самобытной литературы. Также и протокол SIP , наиболее распространенный в системах NGN всех уровней, оказывается всего лишь носителем общих правил обмена данными, а сами данные могут быть весьма разнообразны. Система сигнализации IMS объективно должна превосходить по сложности все существующие в настоящее время системы сигнализации.

Существенным фактором систем IMS является переход к идеологии распределенных баз данных в качестве ядра управления сетью. Если рассмотреть процесс предоставления услуги в условиях нескольких взаимодействующих платформ IMS , то оказывается, что каждый вызов в такой системе проходит через целую цепь транзакций с использованием различных компонентов IMS . На рис. 5.26 показан режим установления соединения в системе, состоящей из двух IMS , от сегмента DSL в сегмент сотовой сети UMTS / GPRS . При этом пользователи могут обмениваться информацией по всей спецификации услуг Triple Play (данные, речь, видео). Как следует из рисунка, любой вызов абонента для получения доступа к услуге связи запускает в сети IMS довольно сложный процесс, в котором задействованы разные группы устройств. Одни обеспечивают адаптацию доступа, другие управляют режимом соединения, третьи подключают систему биллинга, четвертые гарантируют и обеспечивают качество передачи информации в соответствии с соглашением о качестве ( SLA ), заключенным с пользователем, и т.д. Большая часть из представленных на рисунке блоков представляет собой программные модули, работающие на принципах распределенных баз данных. В результате можно указать на существенную особенность IMS как современной концепции управления услугами NGN — она представляет собой распределенную базу данных, и любая сессия в системе связи объективно требует, чтобы при ее реализации была задействована вся система распределенных баз данных. Эта особенность песет в себе определенные последствия для систем эксплуатации сетей связи. В частности, наличие распределенных баз данных требует жесткой временной синхронизации в сети NGN , чего до появления концепции Softswitch и IMS не требовалось. Вопросы контроля, управления, диагностики распределенных баз данных также имеют свою специфику, что должно учитываться при построении современных систем управления, эксплуатации, измерений и т.д.

Структура интерфейсов системы IMS наглядно отражают основную идею синергетики, состоящую в том, что объединение сложных систем может породить систему, сложность которой больше, чем у ее компонентов. Казалось бы, простая идея унификации уровней услуг, управления и адаптации доступа в действительности превратила концепцию IMS в многомерного концептуального монстра, в технологию, разобраться в деталях которой могут только профессионалы с многолетним стажем. На рис. 5.25 представлена современная модель платформы IMS , которая включает в себя сегмент IMS (справа) и сегмент мобильной сети (слева). Соответствующие обозначения и назначение различных интерфейсов IMS представлены в табл. 5.1, где показан тип интерфейса внутри IMS , узлы распределенной системы IMS , с которыми связан данный интерфейс, его функции и протокол сигнализации, который используется в интерфейсе. Как следует из приведенных данных, новый шаг по пути перманентной декомпозиции, который отделяет технологию IMS от Softswitch , существенно усложнил архитектуру современных сетей управления. Теперь в составе ядра управления используется несколько десятков устройств, выполняющих различные функции. Эти устройства связаны

Самый простой путь исследовать внутреннюю архитектуру технологии IMS состоит в том. чтобы идти от простого к сложному, что мы и сделаем ниже. Для начала признаем, что технология IMS является наследницей идеологии NGN и всех наработок в области построения систем управления, которые были сделаны до Softswitch включительно. В рамках этого наследия и преемственности решений оказываются понятными многие решения по структуре IMS . Структура технологии IMS предусматривает разделение концепции IMS на три основных уровня (рис. 5.22):

1. уровень доступа, куда относятся внешние для IMS технологии VoIP , Wi - Fi , MSG сотовых сетей, сегменты традиционных телефонных сетей (ТфОП) и пр.;
2. уровень управления сетью, куда относятся ядро управления CSCF , медиа-шлюзы и подсистема HSS ;
3. уровень приложений (или услуг), куда относятся различные серверы приложений, шлюзы с системой управления сетями OSS / BSS , а также целый класс решений на основе SDP ( Session Description Protocol — протокол управления сессиями), логика которых во многом совпадает с логикой прикладного уровня Softswitch .

Из рис. 5.22 видно, что первичное разделение технологии IMS на три слоя представляет собой знакомые нам принципы построения NGN . Во-первых, такое разделение соответствует классификационной модели NGN SCTA , за исключением уровня транспортной сети. Во-вторых, непосредственная связь между уровнем доступа и уровнем управления сетью является наследием межуровневой конвергенции, о которой шла речь в разд. 2.3.4. В-третьих, разделение уровня управления сетью и уровня приложений является наследием концепции IN , а выделение в ка

честве отдельного класса решений AS соответствует современному уровню развития технологии Softswitch . В общем виде технология IMS не включает в себя уровень доступа, но поскольку IMS должна обеспечить услуги для всех типов традиционного и современного доступа, в технологию IMS был включен подуровень адаптации сетей доступа. Таким образом, когда мы говорим о трехуровневой модели IMS и уровне сетей доступа, мы имеем в виду решения по адаптации сетей доступа, а не сами технологии доступа. Как правило, решения уровня адаптации сетей доступа строятся на основе канальных шлюзов ( TG ) и шлюзов доступа ( AG ) из технологии Softswitch .

Уровень управления сетью часто разделяют на два подуровня (рис. 5.23): управления сессиями и управления качеством. Такое разделение связано в первую очередь с необходимостью учитывать проблему обеспечения качества услуг, которая в свое время привела к появлению SBC (см. разд. 5.4.3). В результате в современную многослойную структуру IMS были включены SBC и эквивалентные им устройства, которые образовали подуровень управления качеством. Все остальные устройства были вынесены в подуровень управления сессиями. Следует отмстить, что указанные структурные построения отражают только идеологию IMS , но не являются законодательно закрепленными структурами. Тем самым разработчики технологии IMS не ограничивают демократичных тенденций в развитии технологии. В конце концов, могут быть предложены любые структурные построения системы IMS , важно, чтобы сохранялась идеология таких систем. Существенным аспектом технологии IMS является ее горизонтальная структура в отличие от вертикальной структуры управления разнородными сетями. Этот вопрос обсуждался в примере 2.5 как изменение стратегии управления «спагетти» на «лазанья» (см. рис. 2.8). Замысел технологии IMS состоит в том, чтобы объединить «под зонтиком» IMS проводные и беспроводные сети, различные услуги и приложения и сделать этот симбиоз максимально гибким, персонифицированным для клиента и удобным для контроля сети со стороны оператора. Такая концепция определяет уникальную роль IMS на современном этапе развития сетей — сейчас это опора для всех процессов, связанных с конвергенцией сетей. Действительно, концепция конвергентной сети доступа, когда любой пользователь имеет выбор между несколькими технологиями, несколькими операторами и даже несколькими сетями, подразумевает, что существует система управления, которая обеспечит управления такой сетью и услугами. В качестве примера идеологии IMS на рис. 5.24,а представлен современный этап развития NGN , который связан с конвергенцией беспроводных и проводных сетей. На этом этапе внедрение платформы IMS не отменяет разделения мобильных и фиксированных сегментов сетей. Абоненты каждого сегмента подключаются к платформе IMS через отдельные сети доступа и средства адаптации, реализованные в IMS . Далее единая платформа IMS обеспечивает доступ и управление услугами для каждого сегмента сети, поскольку на этом этапе услуги беспроводных и проводных сегментов могут существенно отличаться. В перспективе (рис. 5.24,б) сети доступа будут конвергированы между собой, так что технологии доступа объективно унифицируются. На этом этапе наличие платформы IMS позволит унифицировать также средства адаптации доступа и произвести конвергенцию сетей на уровне услуг, так что вне зависимости от типа доступа пользователь будет получать весь пакет услуг, в которых он заинтересован. Изложенная концепция и структурная модель платформы IMS кажутся простыми, по технология IMS представляет собой довольно слож-

Рис. 5.24. Конвергенция проводных и беспроводных сетей связи на основе IMS

Рассматривая основы технологии IMS , необходимо учесть, что данная технология находится на стыке современных мобильных сетей 2,5— 3 G и технологии конвергентных сетей TDM / NGN . В результате синтез этих технологий порождает объединение под флагом IMS трех технологических пластов (рис. 5.21):

1. 
   

   
   технологии современных мобильных сетей GGSN / GPRS и 3 G / UMTS , включая всю специфику систем сотовой связи;

2. технологии объединенных сетей NGN / TDM , куда можно отнести концепцию современных традиционных систем сигнализации от ISDN до ОКС №7 и все решения па основе технологии IN и Softswitch :
3. технологии IMS , которая представляет собой качественно новую технологию, возникшую в результате синтеза первых двух технологий.

Таким образом, проводя детальное исследование технологии IMS . следует дать описание этих технологий, что само по себе представляется очень трудоемким. Если ограничиться исследованием ядра IMS , предполагая, что структура современных мобильных сетей и сетей NGN нам известна, то анализ IMS можно свести к следующим темам, которые будет рассмотрены ниже:

• структура IMS и разделение системы управления на слои;
• внешние и внутренние интерфейсы IMS ;
• система сигнализации в сети IMS .

Развитие концепции IMS стало лишь подтверждением единого принципа перманентной декомпозиции, который присутствует как стратегия развития решений уровня «С» в NGN . На этот раз было предложено провести декомпозицию ядра управления Softswitch , разделив основной управляющий элемент MGC на несколько устройств различной функциональности (рис. 5.20). В концепции IMS функции ядра управления выполняет комплекс устройств, согласующихся через интерфейсы серии М. В состав управляющего ядра входят следующие устройства. CSCF ( Call Session Control Function ) — центральный модуль управления процессами установления соединения между различными устройствами IMS -сети. Это устройство регистрирует абонентские устройства и направляет сигнальные сообщения протокола SIP к соответствующим серверам приложений.

M GCF ( Media Gateway Control Function ) устройство управления шлюзом среды, которое выполняет преобразование протоколов между ISUP (подсистемой пользователей ISDN ) и протоколами управления соединениями IMS (например, преобразование протокола инициирования сеанса ISUP / SIP ). По сути это устройство выполняет все задачи по конвергенции традиционных сетей и NGN . MFR ( Multifunction Recource ) — устройство объединения множества ресурсов, которое выполняет функции коллективных соединений и проведения мультимедийных конференций. IM - MGW ( IM Media Gateway ) — шлюз среды IP -мультимедиа, который управляет каналами из сети с коммутацией каналов и потоками мультимедиа из сети с коммутацией пакетов. Шлюз IM - MGW может поддерживать преобразование TDM / IP , функции управления качеством и обработку загрузки (например, функции кодека, эхо-компенсатора, моста конференц-связи). Как следует из указанного выше перечня устройств, в концепции IMS не делается разделения между устройством в составе платформы и его функцией. Таким образом, все процессы реализованы с помощью множества функций, которые, как правило, представляют собой программные модули, работающие на одном или нескольких распределенных устройствах. С точки зрения программистов, такое объединение понятий представляется существенным упрощением, но для традиционного понимания системы связи оно существенно затрудняет понимание самой концепции IMS , так как связисты не всегда понимают язык атрибутов и функций. Как было показано выше, ядро управления CSCF представляет собой очень сложный элемент, который в процессе разработки концепции IMS подвергся последовательной декомпозиции и был разделен еще на три устройства:

1. полномочный прокси-сервер ( Proxy - CSCF , P - CSCF ) — первая контактная точка для абонента IM в пределах IMS . Функция управления стратегией (PCF) является логическим элементом P-CSCF;
2. опрашивающий сервер CSCF ( I - CSCF ) — контактная точка в пределах сети оператора для всех соединений IMS , предназначенных пользователю этого оператора;
3. обслуживающий сервер CSCF ( S - CSCF ), который выполняет услуги управления сеансом для абонента.

В результате двойной декомпозиции структура IMS стала чрезвычайно сложной, так что оцепить все нюансы этой технологии в рамках небольшого обзора не представляется возможным. Тем не менее ниже мы рассмотрим основы технологии IMS и соответствующие им структуры. Для более детального изучения принципов работы систем IMS можно порекомендовать монографию [42], которая доступна в Интернете. Эта монография содержит описание многих необычных нюансов. которые свойственны технологии IMS и будут полезны для изучения всеми заинтересованными читателями.

В основу новой концепции управления на основе IMS были положены несколько принципов.

• Вместо понятия «абонент» в системе IMS предлагается понятие «абонентская сеть». Тем самым изначально учитывается тенденция к увеличению количества пользовательских устройств в сети, а также специфика конвергенции в сетях доступа NGN .
• В систему управления добавляется домашний (основной) сервер абонентов HSS ( Home Subscriber Server ) как эквивалент домашнего регистра положения HLR ( Home Location Register ) — системы учета местоположения абонентов, которая используется в процессах биллинга, роуминга и контроля местоположения абонента,

3. В основу построения ядра управления IMS положена концеп-

ция Softswitch с разделением процедур управления между различными

устройствами. 4. Для обеспечения требуемой функциональности системы IMS необ-

Необходимость модернизации концепции Softswitch стала понятна в период 2005-2006 гг., когда была сформулирована стратегия развития концепции NGN . Можно выделить следующие движущие силы перехода от концепции Softswitch к новой концепции (рис. 5.17).

1. Развитие мобильных сетей связи привело к тому, что большая часть абонентов NGN имеют также и сотовые телефоны. В результате у пользователей возникает естественное желание реализовать функции сотовых сетей в терминалах NGN (например, функции роуминга) и функции широкополосного доступа в сотовых сетях (см. гл. 3). Развитие сотовых сетей от 2,5 G к сетям 3 G и 4 G логично приводит к идее конвергенции сотовых и широкополосных сетей. 2. В последние несколько лет получила распространение концепция

персонификации услуг связи. Революция в области услуг, которая на-

Качественный скачок, связанный с появлением компьютерной телефонии, повторился снова при переходе к технологии Softswitch . Напомним, что компьютерная телефония принесла с собой стратегию разделения IN и сети сигнализации на уровне оборудования. Разделение задач управления на управление трафиком и управление услугами позволило ряду компаний выйти па рынок с независимыми продуктами на прикладном уровне Softswitch . Так, появился сегмент рынка технических решений уровня «С», работающих па протоколах OSA / PARLAY . Часть таких решений показана на рис. 5.14, они являются надстройками над распределенной системой Softswitch . Шлюз PARLAY взаимодействует с сегментами мобильных сетей по протоколам MAP и CAP , с сегментами сетей NGN — через протокол SIP и с сегментами традиционных сетей как отдельное решение IN задач компьютерной телефонии.

Рассмотренная схема позволяет создать платформу для реализации любых современных концепций управления услугами. С учетом того, что на прикладном уровне осуществляется конвергенция услуг мобильной сети, ТфОП и NGN , построенное таким образом решение может рассматриваться не только в качестве дополнения к концепции Softswitch , но и как постепенный переход к концепции мобильного широкополосного доступа и IMS (см. ниже). Все эти факторы способствовали широкому развитию концепции независимых решений прикладного уровня, а также систем на основе OSA / PARLAY (этот вопрос детально изучен в [10]). 5.4.3. Реализация пограничных контроллеров сеансов Еще одно направление развития концепции Softswitch — это создание и развитие нового класса устройств - пограничных контроллеров сеансов SBC ( Session Border Controller ). Эти устройства настолько удачно дополнили концепцию Softswitch , что внедрение SBC можно рассматривать как революционное явление в рамках этой концепции. Появление SB С было связано с недостатками концепции Softswitch , которые проявились довольно рано, в процессе первых опытных внедрений этой технологии. Первым недостатком оказалось большое количество устройств в распределенной системе управления и многообразие протоколов. После обнаружения фактов нестыковки различных подсистем сигнализации друг с другом потребовалось разработать единое устройство, отвечающее за сопряжение различных сегментов сетей в рамках распределенного Softswitch . Таким устройством стал контроллер SBC . Как следует из идеи этого устройства, SBC помещается в точку сопряжения сетей и выполняет функцию преобразования и согласования системы сигнализации (рис. 5.15). В этом смысле SB С по своим функциям очень близок к шлюзам сигнализации SG .

Но функции SBC далеко не исчерпывались решением проблемы сопряжения разных протоколов в распределенной системе Softswitch . Проблемы оказались намного глубже, чем просто нестыковки различных протоколов и систем. В процессе разработки концепции Softswitch была упущена очень важная функция, связанная с управлением качеством услуг. Как известно, переход от коммутации каналов к коммутации пакетов существенно усиливает требования по контролю качества голосовых и видеоприложений (ниже в главе 6 мы рассмотрим эти особенности современных услуг NGN ). В результате система управления сетью должна, помимо управления процессами установления соединений, управлять качеством услуг. Система контроля качества должна включать в себя подсистемы диагностики и управления качеством. Поскольку система Softswitch работает с данными от различных систем сигнализации, но не обслуживает абонентский трафик, в пей невозможно измерять параметры качества, а следовательно, нельзя и управлять им. Исключением являются шлюзы каналов TG , но они устанавливаются в точках преобразования пакетного трафика в TDM . Поскольку голосовые или видео

Как было показано выше, концепция Softswitch сохранила в себе концепцию IN , предусматривавшую разделение процессов управления трафиком и предоставления услуг. Как следствие, базовая архитектура Softswitch предусматривала разделение на два слоя: слой управления сетью, где размещались устройства MG , MGC , TG , GC и серверы, и слой управления услугами с серверами AAA и AS . При практической реализации в архитектуре Softswitch появились несколько промежуточных слоев, чтобы обеспечить более структурированное решение. Процесс такого «расслоения» шел у каждой фирмы по-своему, но общий демократизм NGN не ограничивал инициативу разработчиков. В качестве яркого примера многослойной архитектуры Softswitch рассмотрим систему CIRPACK — одну из наиболее развитых в настоящее время платформ (рис. 5.13). Как видно из рисунка, аппаратно-программная реализация Softswitch предусматривает еще один внутренней слой, который получил название промежуточного ( Middleware ). Его роль заключается в том, чтобы реализовать функции первичной обработки сигнальной информации для ее передачи на уровень приложений и обратно. Услуги гибкого управления реализуются на уровне приложений и разделяются на две части: часть функций — в Softswitch , а другая часть — в программных модулях сторонних разработчиков. Снизу в архитектурной модели на рис. 5.13 указаны физические интерфейсы подключения Softswitch к пакетным и традиционным сетям. Как следует из рис. 5.13, универсальная архитектура Softswitch позволяет реализовать различные компоненты распределенной системы. В промежуточном слое Middleware присутствуют компоненты серверов SIP / H .323, элементы TG , SG и MGC . Все эти элементы представляют собой «кубики», набирая которые, оператор может получить из платформы CIRPACK отдельные элементы Softswitch или всю систему в полном объеме. Таким образом, исходный принцип декомпозиции различных устройств воплотился в декомпозицию «кубиков» с разным функциями, которые можно складывать вместе или использовать выборочно, чтобы формировать распределенную систему управления NGN . Для современных вариантов реализации Softswitch отечественными и зарубежными компаниями-производителями [9] также наблюдается тенденция перманентной декомпозиции: количество различных модулей в составе Softswitch неизменно увеличивается.

Предложенная концепция распределенных систем управления оказалась настолько революционной, что концепция Softswitch развивается и сейчас, следуя по пути декомпозиции технических решений уровня управления. Можно выделить несколько направлений перманентной декомпозиции, которые привели к существенным изменениям в этой концепции:

• появление и развитие многослойной архитектуры Softswitch как совокупности устройств;
• разработка платформ прикладного уровня поставщиками оборудования;
• решения проблем контроля качества, безопасности и пр., которые воплотились в реализацию пограничных контроллеров сеансов ( SBC ). Ниже мы особо рассмотрим каждое из этих направлений.

Новая концепция Softswitch привела не только к усложнению архитектуры подсистемы управления, но и архитектуры протоколов сигнализации. На рис. 5.11 представлены различные протоколы, которые используются внутри системы Softswitch для связи различных элементов между собой, а также протоколы, которые используются для связи Softswitch с окружением традиционных сетей и NGN . Представленная на рис. 5.8 многоуровневая концепция сигнализации ОКС №7 па этапе перехода к технологии Softswitch эволюционировала не только в многоуровневую, по и в многопротокольную систему сигнализации. В [9] предложена классификация протоколов по различным задачам, выполняемым MGC , которые находят отражение в различных функциональных элементах концепции Softswitch . Перечислим некоторые группы таких протоколов:

• SIP, SIP2.0, SIP-T;
• Н.323;
• MGCP, Н.248, LDAP;

• Open API (JAIN, PARLAY, XML);
• HTTP, CPL;
• INAP, CAP, MAP, CAMEL;
• SIGTRAN (TUA, SUA, M2UA, M3UA, V5UA и пр .);
• RTP, RTCP;
• Q.921, Q.931, Qsig;
• OKC №7 ( MTP , SCCP , TCAP , ISUP и пр.).

В качестве примера рассмотрим одну из реализаций протокола SIGTRAN (рис. 5.12). Как указано выше, протокол SIGTRAN используется в узлах SG , т.е. в точках преобразования сигналов сигнализации, идущих между сегментами традиционной сети и NGN . Внутри NGN используется система сигнализации IP -телефонии (рис. 5.12, справа), где присутствуют уровень РРР ( Point - to - Point Protocol ), уровень IP , над ним уровни TCP / UDP / SCTP . над которыми присутствует сигнализация RTP / UDP для обмена данными VoIP и протокол сигнализации SIP в качестве системы сигнализации вызова VoIP . В традиционных сетях используется многоуровневый стек сигнализации ОКС №7 (рис. 5.12, слева). Протокол SIGNTRAN должен решить много задач: преобразовать сигнальные сообщения ОКС №7 в IP и обратно, обеспечить взаимное преобразование сигнальных сообщений, информационных полей, полей, используемых для управления соединением и контроля качества, и пр.. а также, при необходимости, транзит сообщений ОКС №7 через сеть IP или сообщений VoIP через ТфОП. Чтобы выполнить все эти задачи, протокол SIGTRAN включает в себя отдельные элементы протоколов IP и ОКС №7, из-за чего его структура существенно усложняется. Таким образом, от концепции многоуровневой сигнализации технология Softswitch переходит к концепции многоуровневой и многопротокольной системы сигнализации, сложность которой превышает современные протоколы сигнализации в десятки раз. Сложность современной системы сигнализации в Softswitch легко оценить, если указать хотя бы несколько уровней ее детализации:

• набор протоколов может устанавливаться производителем Softswitch или самим оператором в соответствии с задачами, решаемыми на уровне «С»;
• каждый протокол состоит из нескольких уровней, связанных с уровнями OSI или решаемыми задачами;
• на каждом уровне набор сообщений, правила обмена и значения информационных полей сообщений могут меняться в зависимости от производителя, оператора, инженера, программирующего Softswitch . Например, у каждой крупной фирмы, предлагающей решения в области мобильной связи, имеется доработанная для своих целей версия протокола CAMEL , и часто эти версии взаимно не совместимы. Все сказанное показывает, что система сигнализации Softswitch не

могла бы работать в традиционных сетях, где в каждом случае несовместимости протоколов необходимо изменять программное обеспечение станций. Технология Softswitch предлагает гибкое решение данной проблемы: большая часть полей протоколов может программироваться эксплуатирующим персоналом. Усложнение структуры системы сигнализации оказывается настолько существенным, что современные монографии, посвященные теме Softswitch [9, 10, 34-39 и пр.], содержат в себе справочник по протоколам сигнализации. Не будем здесь подробно анализировать специфику системы сигнализации нового поколения, читатель может найти все необходимые материалы в технической литературе, а также в Интернете.

Таким образом, решение задачи организации взаимодействия сегментов традиционных сетей и сегментов NGN стало новым шагом па пути декомпозиции. Теперь каждый узел системы сигнализации включает в себя несколько устройств, взаимодействующих по разным протоколам. Эта концепция получила название Softswitch и стала основной концепцией систем NGN па уровне управления. Говоря строго, концепция Softswitch не может быть сведена только к переходу от отдельных устройств в системе управления к распределенной архитектуре. Дать точное определение Softswitch сложно. Например, в [9] дастся следующее определение: Softswitch является носителем интеллектуальных возможностей сети, который координирует управление обслуживанием вызовов, сигнализацию и функции, обеспечивающие установление соединения через одну или несколько сетей. В таком определении много неясного, но это и понятно, поскольку Softswitch представляет собой слишком объемное и расплывчатое понятие. В зависимости от контекста можно говорить о трех основных значениях Softswitch :

1. Softswitch представляет собой устройство, непосредственно связанное с сетью сигнализации и работающее на принципе объединения нескольких элементов. Данные элементы могут быть локализованы или территориально распределены по сети;
2. Softswitch — это сетевая архитектура, которая включает в себя перечисленные выше элементы MGC , MG , SG и пр.;
3. Softswitch — это идеология построения системы управления в се-тях NGN .

То, что под одним понятием Softswitch мы видим несколько разных явлений, всего лишь частное следствие концептуального плюрализма NGN и демократичности суждений на тему современных систем связи. Но все эти определения свидетельствуют о ключевой роли Softswitch в современной системе управления NGN . Впервые со структурой Softswitch мы познакомились в примере 2.4. когда рассматривали демократические тенденции в сетях NGN . Рассмотрим теперь составные части современной концепции Softswitch (рис. 5.11). Как следует из рисунка, ядром Softswitch является один или несколько управляющих элементов — контроллеров медиашлюзов MGC ( Media Gateway Controller ). Последний выполняет роль координа-ции всех остальных подсистем Softswitch . Для присоединения к Softswitch сегментов современных телефонных сетей на основе VoIP используются серверы. Поскольку в настоящее время существует две технологии VoIP — SIP и Н.323, то, соответственно, в состав Softswitch входят SIP -серверы и Н.323-сервсры. Эти серверы взаимодействуют с MGC по протоколам сигнализации SIP / SIP 2 0 и Н.323 соответственно. Помимо новых сегментов VoIP , к Softswitch должны подключаться сегменты традиционной сети, использующей ОКС №7. Для этого исполь-зуется шлюз сигнализации SG ( Signaling Gateway ), взаимодействующий с MGC па основе протокола SIGTRAN .

Для присоединения сетей VoIP и сегментов традиционных сетей TDM к Softswitch используются только сигнальные каналы. Преобразование каналов TDM в каналы пакетной сети, строго говоря, не является задачей Softswitch . Напомним, что система Softswitch относится к уровню «С», где решаются задачи управления, а не переноса трафика. Тем не менее конвергенция традиционных и пакетных сетей привела к необходимости включить в концепцию Softswitch шлюз транспортных каналов TG ( Trunking Gateway ), который выполняет преобразование традиционных каналов Е1 в пакетные каналы RTP / RTSP . MGC осуществляет только функции управления этим преобразованием, для чего соединяется с TG по протоколам MGCP или Megaco . Таким образом, голосовой трафик не проходит через MGC . Наконец, к MGC может подключаться другой MGC , формируя тем самым распределенную систему управления. Для обмена данными между MGC могут использовать разные системы сигнализации: BICC , SIP , SIP - T , Н.323 и пр. Рассмотренные выше архитектурные элементы определяют базовые функции Softswitch , связанные с управлением процессами передачи данных в конвергентной системе. В то же время в структуру Softswicth включается ещё ряд элементов, используемых для управления различными процессами внутри Softswitch . Особняком от всех элементов системы стоит система биллинга NGN , которая часто называется сервером AAA ( Authentication , Authorization , Accounting — Идентификация, Авторизация, Тарификация). Система AAA может строиться как локальная или распределенная система клиент-серверной архитектуры (подробнее об этом см. [19]). В архитектуре Softswitch подсистема AAA взаимодействует с MGC по протоколу RADIUS . Отдельным уровнем в архитектуре Softswitch является уровень приложений. Концепция этого уровня заимствована из IN . чем и обусловлено, что одно из приложений — подсистема SCP , которая взаимодействует с MGC по протоколу INAP / SIGTRAN . Но в отличие от ТфОП. где IN решала задачи предоставления ДВО телефонным абонентам, в NGN объем различных услуг увеличивается на порядок. Это связано с тем. что абонентские устройства NGN теперь более разнообразны (это не только телефоны, но и КПК, компьютеры, контроллеры и пр.), появились новые сегменты сети, а новая концепция услуг существенно расширила номенклатуру сервисов и т.д. В результате при сохранении принципов IN уровень приложений объективно должен быть сложнее. Так же, как и в случае IN , центральное место на уровне приложений занимают различные базы данных, где обрабатывается, видоизменяются и преобразуются сигнальные сообщения из MGC . Как показано на рис. 5.11, к наиболее распространенным приложениям Softswitch относятся различные информационные системы ( API ), широко используемые в технологии мобильных сетей базы данных WIN . традиционное для IN компоненты, SCP , а также Web -приложения. Таким образом, Softswitch представляет собой сложную архитектурную модель, включающую от нескольких до нескольких сотен устройств, призванных выполнять функции управления всеми процессами в NGN . Переход к распределенной архитектуре системы управления не является просто консервативным следствием ранее определенного принципа перманентной декомпозиции. Как было показано выше, этот переход означает качественное преобразование системы связи, в том числе увеличение количества и разнообразия задач управления. В результате, чтобы решить проблему управления локальными устройствами, требуется переход к распределенной концепции Softswitch . Устройства Softswitch часто называют гибкими коммутаторами, подчеркивая их высокую адаптивность к любым задачам управления. Действительно, распределенная система, построенная во многом на компьютерной, а не на телекоммуникационной логике, обладает повышенной гибкостью. До появления Softswitch подсистемы управления, даже на уровне IN -платформ, были тесно связаны с АТС и коммутационными узлами. Даже при отделении сети сигнализации ОКС №7 от сети передачи трафика узлы системы сигнализации все еще находились внутри АТС. Логика работы системы управления оставалась телекоммуникационной, так как базировалась на функциях специальных контроллеров АТС. Декомпозиция устройств, которую привнесла компьютерная телефония, позволила разделить задачи управления и передачи данных между различными устройствами. Здесь впервые проявилась гибкость, которая свойственна системам, основанным на компьютерной логике. Такие системы позволяют разделять процессы управления, использовать различные открытые интерфейсы программирования, имеют более широкий диапазон вариаций установок и т.д. Технология Softswitch предлагает пойти дальше и разделить различные процессы упра

вления в сложной конвергентной сети NGN между разными устройствами. Это приводит к новому витку декомпозиции, привносит дополнительную сложность, но уже обусловленную качественным изменением задач управления сетью. Вместе с тем Softswitch сохраняет верность компьютерной логике и обеспечивает действительно высочайшую гибкость.

Появление сегментов сетей NGN , построенных на принципах пакетной передачи данных, потребовало изменения концепции системы управления. Как было показано выше, к моменту появления сетей NGN система управления уже включала три подсистемы: управления, сигнализации и предоставления услуг. Построение гибридных сетей из сегментов NGN и сегментов традиционных сетей привело к росту требований к системе управления. Качественный рост перечня услуг, вызванный переходом к NGN , повысив требования к функциональности системы управления. Можно указать следующие особенности этого этапа:

• 
  

  
  в отличие от традиционных сетей, набор базовых услуг которых был ограничен традиционной телефонией, в сегментах NGN набор базовых услуг включает в себя передачу речи, видео и данных;

• возникла необходимость сквозной трансляции сигнальных сообщений между традиционной сетью и сегментами NGN ;
• объективное увеличение номенклатуры технических решений, протоколов, принципов организации связи, обусловленное фактором демократичности концепции NGN .

В результате возникло решение, которое позволяет объединить традиционные телефонные сети и сегменты NGN IP -сети на всех трех уровнях управления (рис. 5.10). Как показано на рисунке, па уровне передачи трафика ТфОП объединяется с сегментами NGN через медиа-шлюз MG ( Media Gateway ). Сигнальные системы сетей NGN и ТфОП объединяются через сигнальный шлюз SG ( Signaling Gateway ). Платформа предоставления услуг, взаимодействующая с традиционной сетью по протоколу ШАР, подключается к системе управления гибридной сетью по протоколу LDAP . Поскольку в новой архитектуре системы управления используется несколько новых устройств — шлюзов, потребовалось установить отдельное устройство для координации их работы. Такое устройство получило название контроллера медиашлюзов MGC ( Media Gateway Controller ).

Концепция IN имела альтернативу - системы компьютерной телефонии. В качестве устройства компьютерной телефонии может быть использован обычный компьютер с платой фирмы Dialogic или других фирм-производителей, которая обеспечивает преобразование сигнальных сообщений из сети ОКС №7 (рис. 5.9). Устройства компьютерной телефонии работают на протоколах IN , по, например, могут не использовать протоколы IN АР. В последнем случае можно реализовать концепцию IN , но лишь в отдельном регионе, например в одном городе. Первые примеры услуг телеголосования, первые

карточные платформы, аналог «услуги 800» LogicLine и другие услуги были сначала реализованы па платформах компьютерной телефонии, а уже затем появились большие IN АР-платформы. С точки зрения перманентной декомпозиции появление устройств компьютерной телефонии имеет особенное значение. Здесь явно прослеживается декомпозиция на уровне оборудования разных производителей. Производитель IN -решений может быть не зависим ни от поставщика оборудования для систем сигнализации, ни от поставщика коммутационных станций. Этот факт можно рассматривать, с одной стороны, как появление новых надстроек (в частности, IN ) над телефонной сетью, и с другой как первое проявление новой демократичной тенденции, когда рынок систем связи распадается на сегменты: отдельно решения для системы связи, отдельно - - для сети сигнализации и отдельно — платформы для предоставления услуг. В каждом из сегментов существует конкуренция и альтернативные решения.

Следующим шагом по пути декомпозиции решений в области управления сетями стало появление концепции интеллектуальных сетей IN ( Intelligent Network ). Эта концепция развивалась внутри ОКС №7. В стек протоколов сигнализации (см. рис. 5.1) была добавлена подсистема управления услугами интеллектуальной сети IN АР ( IN Application Part ). Для нашего исследования большую ценность имеет появление новых методов предоставления услуг, которое принесли с собой решения IN . Основным вопросом, который решался в IN , стал вопрос об эффективности наращивания спецификации дополнительных услуг, или дополнительных видов обслуживания (ДВО). В отличие от базовых услуг традиционной телефонной сети (телефония, АОН и пр.), дополнительные услуги постоянно расширяются. За последнее десятилетие многие из таких услуг получили широкое распространение (вызов третьего абонента, телеголосование, конференц-связь, код 800 и пр.). В результате операторы столкнулись с интересной проблемой. Если ДВО предоставляются на каждой АТС отдельно (рис. 5.7,а), то в составе АТС должен быть предусмотрен контроллер ДВО. Введение новой услуги требует перепрограммирования этого контроллера. По в таком случае системное введение новой спецификации услуг ДВО требует программирования сразу всех АТС.

В концепции IN предложено решить проблему внедрения ДВО как отдельной подсистемы. Любого абонента, желающего получить ДВО. станция коммутирует по системе сигнализации на единый для всей сети

контроллер ДВО, связанный с БД услуг (рис. 5.7.б). Здесь сигнальные сообщения от абонента принимаются, анализируются и предоставляется услуга. При внедрение IN требуется лишь один раз перепрограммировать АТС, указав направление коммутации АТС при обращении к контроллеру ДБО. Теперь изменение набора ДВО происходит обычной заменой программного обеспечения этого контроллера. Тем самым существенно уменьшаются расходы на системное внедрение новых услуг и увеличивается оперативность внедрения. Концепция IN изменила структуру сигнального обмена в сети сигнализации ОКС №7 (ср. с рис. 5.5). Пункты предоставления услуг в сети ОКС №7 получили название SCP . Теперь для предоставления новой услуги между абонентами А и В сигнальный трафик пропускается через SCP , где и предоставляются услуги (рис. 5.8). Переход от традиционных концепций предоставления услуг к концепции IN стал следующим шагом но пути декомпозиции решений управления сетями. Теперь разделение прошло по линии сеть услуги. Концепция IN выделила услуги и процедуру их предоставления в отдельную подсистему.

Переход от традиционного дерева протоколов сигнализации, представленного на рис. 5.2, к концепции ОКС №7 стал первым шагом по пути перманентной декомпозиции решений в части управления системами связи. Следует отметить, что этот шаг был сделан задолго до появления концепции NCN , так что в концепции NGN не было предложено чего-то совершенно революционного, скорее решения уровня управления развивают уже сложившуюся десятилетиями традицию. Важным шагом в развитии системы сигнализации ОКС №7 стала декомпозиция этой системы и телефонной сети. Ключевым в концепции ОКС №7 стало создание отдельной сети сигнализации, которая накладывается на сеть связи (рис. 5.4). В результате традиционное понимание сигнализации как обмена данными между двумя АТС при обслуживании соединения отошло в прошлое. Сеть сигнализации первоначально создавалась па основе ресурса канальных интервалов TS 16. Развитие концепции ОКС №7 привело к тому, что сеть сигнализации вообще отделилась от телефонной сети. В новых версиях протокола ОКС №7 для передачи сигнальных сообщений могут использоваться любые канальные интервалы. При необходимости оператор может объединить сигнализацию в отдельный поток Е1, а все остальные потоки использовать только под передачу голосового трафика.

Поскольку эра NGN окончательно пока не наступила и большая часть отечественных операторов владеет и управляет традиционными телефонными сетями, целесообразно за отправную точку исторического анализа технических решений в области управления взять ТфОП. Современная цифровая телефонная сеть состоит практически из однородных элементов - - АТС различной емкости и функциональности. Если говорить о спецификации услуг, то они ограничены традиционной телефонией плюс дополнительные услуги, которые можно реализовать с использованием программного обеспечения цифровых АТС. Основным инструментом управления традиционной телефонией являются каналы сигнализации, по которым передается информация о состоянии вызовов. В ТфОП используются несколько семейств протоколов сигнализации (рис. 5.2). Исторически к первому семейству протоколов относят протоколы сигнализации, связанные с телефонными каналами CAS ( Channel Associated Signaling ) и ориентированные на использование цикловой структуры ИКМ-30 потока Е1. В состав любого протокола сигнализации С AS входят две подсистемы сигнализации: линейная и регистровая. По линейной сигнализации передаются команды занятия, вызова, отбоя и пр. в виде битов ABCD в составе канального интервала TS 16 в сверхцикле

ИКМ-30. В регистровой сигнализации передаются данные о набираемых номерах, номере АОН, кодах дополнительных услуг и пр. Для этой цели используются модуляции DTMF или MF «2 из 6», в том числе и наиболее распространенная сигнализация «импульсный челнок». Данные передаются непосредственно в разговорном канале. Именно поэтому весь сигнальный обмен оказывается связанным с определенным разговорным каналом, что и дало название сигнализации CAS . К наиболее известным протоколам С AS можно отнести протоколы 1ВСК. 2ВСК ( R 1,5), различные модификации MFC - R .2, DE & M , 600/750 Гц и пр. Сигнализация CAS обеспечивала достаточные возможности управления услугами традиционной телефонии. Но изначально она ориентировалась на аналоговые АТС. С появлением цифровых АТС появилась возможность построить систему сигнализации на новых принципах. Условно любую цифровую АТС можно представить в виде совокупности коммутационного поля («фабрики каналов») и управляющего процессора («мозга»). Поскольку цифровые АТС взаимодействуют по правилам компьютерного обмена, оказалось целесообразным не использовать многоуровневый алгоритм протоколов семейства С AS , а связать управляющие процессоры друг с другом напрямую. Следуя исторической преемственности, решено было использовать для связи ресурс канального интервала TS 15. Управляющие процессоры подключались к модему па скорости 4800 бит/с и обменивались линейной и регистровой информацией. Так появилась система сигнализации № 6 (рис. 5.3) первый вариант семейства сигнализации по выделенному каналу CCS ( Common Channel Signaling ). Исследования потенциала системы сигнализации № 6 показали, что ресурса в 4800 кбит/с вполне достаточно, чтобы обслуживать до 60 соединений, тогда как в канале Е1 было активно только 30, т.е. система сигнализации имела существенный запас ресурса. Дальнейшее развитие концепции CCS пошло по пути упрощения схемы обмена, показанного на рис. 5.3. В процессе развития сетей IDN , когда телефонная сеть стала строиться на цифровых системах передачи и цифровых коммутационных узлах, оказалось логичным отказаться от модемной связи и использовать весь ресурс потока TS 16, т.е. все 64 кбит/с. Как было указано выше, ресурс сигнализации для обслуживания услуг телефонной сети оказался явно избыточным. Этот ресурс можно было использовать двояко. Можно было передавать по каналу сигнализации дополнительную информацию о новых услугах, существенно расширяя их номенклатуру. Такой путь привел к появлению целого семейства протоколов ISDN ( EDSS 1, NT -1, N1-2, DPNSS , DASS 2, CorNet - N , CorNet - T , 1 TR 6, TN 1 R 6, Qsig и пр.). Широкая номенклатура услуг оказалась востребованной в первую очередь сектором корпоративных сетей, где используется немного телефонных линий, но требования к количеству услуг высоки. Второй способ использования ресурса системы сигнализации - передача сигналов управления для большого количества коммутационных узлов. Это привело к появлению совершенно новой концепции системы сигнализации, получившей название общеканальной сигнализации №7 или ОКС №7.

Уровень управления, обозначенный в модели SCTA буквой «С» (см. рис. 3.1). занимает в современной концепции NGN уникальное положение. Под ним в модели SCTA находится уровень транспортных сетей, где сосредоточены ресурсы сети и обслуживается весь трафик, над ним — уровень услуг. Таким образом, решения уровня «С» одновременно связаны с вопросами управления процессами обслуживания трафика и предоставления современных услуг связи. Можно отметить, что такое положение обязывает относиться к решениям этого класса чрезвычайно серьезно и рассматривать их как одну из важнейших составляющих всех сетей NGN . Кстати, такая важная роль рассматриваемых в этой главе решений связана с радикальной и не совсем корректной позицией некоторых специалистов, которые вообще ставят знак равенства между решениями данного типа и концепцией NGN . Как следует из названия «уровень управления», данная группа решений представляет собой ядро управления всеми процессами в современных системах NGN . Исследование решений уровня управления представляет собой нелегкую задачу, поскольку многие решения в техническом мире являются новыми и у исследователя нет опоры па историю их развития. Нельзя сказать, что решения уровня управления возникли внезапно, до этого развитие традиционных систем связи имело ряд технических решений, которые мигрировали в решения уровня управления. Но только па этапе перехода систем связи к концепции NGN решения данного уровня обособились в отдельный класс, который должен рассматриваться отдельно. Как будет показано ниже, для решений уровня управления существует особые принципы построения и концепции, которые отличают их от решений других уровней NGN . В этой главе будут рассмотрены решения уровня управления и основные технологические тенденции. Как и решения других уровней, данный класс решений представляет собой отдельный многообразный и демократичный мир. поэтому целью нашего обзора станет исследование общих тенденций и законов, которые действуют на этом уровне NGN . На развитие решений уровня управления оказывают воздействие принципы NGN , сформулированные в главе 2, это:

• демократичность и поливариантность решений:
• релятивизм;
• конвергенция;
• использование адаптационных механизмов;
• многоуровневая архитектура решений;
• раздельное и совместное использования ресурсов NGN ;
• многопараметричность.

Кроме того, решения уровня управления отличаются от решений других уровней модели SCTA особой логикой. Выше в главах 3 и 4 мы наблюдали нечто похожее на уровнях доступа и транспорта. В первом случае закономерности развития сетей доступа определялись неизбежностью применения существующих абонентских линий и технологий, во втором случае — особенностью транспортных сетей как каркаса современной системы с явлением внутренней конвергенции, при этом лейтмотивом исследования сетей выступал образ «биомассы-облака». Как уже говорилось, в теории управления существуют два метода построения сетей: системы управления централизованного и распределенного типов. Обычно первые решения используют в сетях, решающих относительно простые задачи. По мере усложнения сетей системы управления последовательно эволюционируют от централизованного к распределенному типу. Именно такая тенденция существует в эволю-ции решений уровня управления. Последовательный переход от централизованных решений к распределенным получил название принципа декомпозиции, который играет существенную роль в развитии решений уровня управления. Впервые принцип декомпозиции был представлен в примере 2.4 как отражение демократичности NGN в целом. Вместе с тем декомпозиция оказывается слишком важным принципом развития NGN , чтобы рассматривать се только как иллюстрацию демократичных тенденций. Как уже отмечалось, декомпозиция связана с демократичностью NGN , равно как и с адаптивностью, многопараметричностью и пр. Принцип декомпозиции заключается в последовательном разделении задач управления между различными устройствами и подсистемами. Сейчас практически во всех устройствах NGN присутствует микроконтроллеры, функциональные возможности которых постоянно растут, следовательно, сложность управления системой NGN пропорционально увеличивается. Чтобы справиться с растущим объемом задач управления, функции управления должны размещаться внутри каждого микроконтроллера, выполняющего часть задач управления, относящуюся к данному устройству управления. Так происходит пер

Наличие адресов отправителя и получателя является необходимым условием для корректной доставки пакетов по транспортной сети. Но для этого необходимо определить правила использования адресной информации для оптимального выбора маршрута передачи дейтаграмм по транспортной сети. Решение вопроса маршрутизации трафика является ключевым, поскольку основными функциями транспортного уровня модели SCTA являются обработка трафика, собранного па уровне сетей доступа, и его распределение по сети NGN . При разработке принципов маршрутизации трафика в транспортных сетях NGN во всей полноте проявился принцип демократичности NGN . Большая часть алгоритмов, протоколов и принципов маршрутизации трафика пришла из технологии Интернета, что и определило многообразие решений в этой области. Б системам маршрутизации формируются адресные поля (таблицы), которые указывают направление маршрутизации. Как было показано выше, в современных транспортных сетях используется принцип многоуровневой адресации (на уровне MAC и на уровне IP ). Б то же время адресация па уровне IP оказывается поливариантной, в настоящее время используется формат адреса IPv4, но постепенно будет происходить переход к IPv 6- Таким образом, формирование технических решений в части маршрутизации представляет собой сложный процесс, в котором участвуют поливариантные алгоритмы маршрутизации, разнообразные протоколы маршрутизации и несколько вариантов стандартов адресации. В таком поливариантном пространстве технических решений ярко проявляются основные принципы NGN : демократичность, поливариантность и конвергенция. Ниже будут рассмотрены основные алгоритмы маршрутизации и протоколы маршрутизации, используемые в современных транспортных сетях. В настоящее время существует несколько алгоритмов маршрутизации. Они могут быть статическими и динамическими, ориентированными и не ориентированными на установление соединения, широковещательными и индивидуальными — и все они в той или иной степени присутствуют в современной технологии транспортных сетей NGN . Статический алгоритм маршрутизации представляет собой наиболее простой алгоритм, когда направления маршрутизации зафиксированы по группам адресов. По сути такая схема маршрутизации может в равной степени использоваться в сетях с коммутацией пакетов и сетях с коммутацией каналов, так что в теории и практике связи принципы статической маршрутизации хорошо изучены и используются не одно десятилетие. Как было сказано выше, в транспортной сети па основе дейтаграммной передачи данных имеется возможность выбирать маршрут передачи каждой дейтаграммы индивидуально. При этом можно использовать принцип динамической маршрутизации, изменяя направления маршрутизации трафика во времени. Один из возможных вариантов динамической маршрутизации — это изменение плана маршрутизации в соответствии с новыми данными о состоянии сети, которые получают маршрутизаторы. В таком случае возникают адаптивные алгоритмы маршрутизации. Динамические и особенно адаптивные алгоритмы маршрутизации представляют наибольший интерес в современной теории построения транспортных сетей, поскольку они обеспечивают наибольшую устойчивость работы сети и наилучшие показатели эффективности использования ее ресурсов. В целом уместна аналогия между различными формами пассажиропотока и современными методами построения систем маршрутизации. Принципы маршрутизации с использованием виртуальных каналов можно сравнить с вариантом перевозки людей в современные города из области на электричках. Электричка представляет собой контейнер определенного размера (количество пассажиров), который перевозит полезную нагрузку по фиксированному маршруту. Дейтаграммный принцип маршрутизации подразумевает, что люди из области в город перемещаются в собственных автомобилях. Каждый водитель индивидуально выбирает маршрут в соответствии со своим опытом и текущей информацией о пробках на дорогах. Кстати, такая аналогия показывает, что с точки зрения цели поездки различие между двумя вариантами маршрутизации не существует, поскольку в конце концов пассажиры электричек и автолюбители собираются вместе в одних и те же офисах. Но данная аналогия хорошо демонстрирует, что для дейтаграмм-ных сетей целесообразно использовать именно динамические алгоритмы маршрутизации трафика. Большинство алгоритмов динамической маршрутизации можно свести к следующим основным группам:

• алгоритмы заливки;
• маршрутизаци

  
  я на основе вектора расстояния;

• маршрутизация на основе оценки состояния капала (выбор на основе кратчайшего пути), при которой воссоздастся точная топология всей сети;
• иерархическая маршрутизация;
• широковещательная маршрутизация;
• гибридный подход, объединяющий вышеуказанные алгоритмы.

Наиболее простой алгоритм динамической маршрутизации - это алгоритм заливки. В соответствии с этим алгоритмом маршрутизатор пересылает принятый пакет по всем направлениям связи. В результате вся сеть наполняется дубликатами передаваемого пакета. В пакете устанавливается определенное значение параметра времени жизни TTL (см. рис. 4.21). которое уменьшается на единицу на каждом пункте транзита. В качестве иллюстрации работы такого алгоритма па рис. 4.25

представлена схема передачи данных от узла А до узла К. Как следует из рисунка, кратчайшим является маршрут А - F — I — К. Все остальные маршруты оказываются длиннее этого и для передаваемого пакета являются тупиковыми. При установке параметра TTL = 3 только по маршруту А — F - I - К будут переданы данные, по всем остальным направлениям пакеты будут уничтожены, как только значение параметра TTL станет равным 0. Алгоритм заливки представляет собой очень простой и в то же время абсолютно надежный алгоритм передачи данных по пакетной сети. Даже в случае существенного повреждения сети связь по такому алгоритму оказывается возможной, если сохраняется хотя бы один действующий маршрут, соединяющий две точки сети. По этой причине этот алгоритм до сих пор используется в специализированных сетях и сетях военного назначения. Очевидным недостатком алгоритма заливки является низкая эффективность использования ресурсов сети, поскольку все каналы сети загружены дубликатами. По этой причине едва ли уместно использование алгоритма заливки в разветвленных сетях. В теории пакетных сетей связи существуют различные методы оптимизации алгоритма заливки, которые образуют семейство алгоритмов выборочной заливки. Как правило, все они использует различные методы, позволяющие дублировать пакеты не по всем, а только по определенным направлениям. Это повышает эффективность использования ресурсов, но не решает проблему КПД алгоритма. В современных транспортных сетях большее распространение получили алгоритмы маршрутизации по вектору расстояний и с учетом состояния канала связи. Алгоритмы маршрутизации па основе вектора расстояния (алгоритмы Беллмана-Форда) основаны на использовании таблиц маршрутизации, где устанавливается приоритетность передани данных по направлениям. Алгоритм предусматривают периодическую передачу копий таблиц маршрутизации от одного маршрутизатора другому. Такие передачи позволяют актуализировать изменения в топологии сети. Каждый маршрутизатор получаст информацию от соседнего маршрутизатора. При изменении информации в таблицу маршрутизации добавляется вектор расстояния (например, число транзитов), и далее информация передается следующему маршрутизатору. В данных алгоритмах каждый маршрутизатор начинает с идентификации или исследования состояния своих соседей. Расстояние до маршрутизатора непосредственно подключенной сети равно 0. Продолжая процесс исследования векторов расстояния в сети, маршрутизаторы обнаруживают наилучший путь до пункта назначения на основе информации от всех соседей. Каждая запись в таблице маршрутизации содержит кумулятивное значение векторов расстояния, показывающее насколько далеко данная сеть находится в этом направлении. При изменении топологии сети, использующей протокол на основе вектора расстояния, таблицы маршрутизации должны быть обновлены, а маршрутизаторам необходимо отослать свою таблицу маршрутизации каждому непосредственному соседу. Алгоритмы маршрутизации па основе вектора расстояний хорошо зарекомендовали себя во времена развертывания однородных сетей типа ARPANET , когда соединения между маршрутизаторами были одинаковыми (например, в сети ARPANET все соединения имели одинаковую пропускную способность — 56 кбит/с). Развитие технологии транспортных сетей потребовало внести в алгоритмы маршрутизации фактор дифференцирования направлений по параметрам качества соединений. Например, если в сети присутствуют соединения разной пропускной способности, то наивысший приоритет должен отдаваться каналу с более широкой полосой передачи и т.д. В результате появились алгоритмы маршрутизации с учетом состояния канала связи. В основе таких алгоритмов лежит понятие обобщенной стоимости канала связи. В зависимости от задач маршрутизации в качестве обобщенной стоимости могут выступать различные параметры: время задержки передачи данных, пропускная способность канала, вероятность потери пакета, данные о топологии, любые другие параметры и их комбинации. Минимальная стоимость направления, характерная для первого кратчайшего пути ( Shortest Path First , SPF ), определяет наивысший приоритет для маршрутизации пакетов.

Одной из основ правильной работы транспортной сети является маршрутизация, которая, в свою очередь, невозможна без правильно построенной системы адресации. В технологии дейтаграммной маршрутизации адресная информация тем более оказывается ценной, поскольку дейтаграммы передаются по индивидуальным маршрутам и, следовательно, в заголовке каждой дейтаграммы должна содержаться одна и та же адресная информация. В технологии современных транспортных сетей используются два уровня адресации: на канальном уровне адресация передается в кадрах Ethernet и называется адресацией уровня MAC (см. рис. 1.22); на сетевом уровне адресация передается в дейтаграммах IP (см. рис. 4.21). Уровень MAC . Адресное поле уровня MAC используется на канальном уровне для согласования работы оконечных устройств и подключения порта приемника к порту передатчика. С точки зрения функционирования транспортной сети как единого целого уровень адресации MAC имеет локальное значение. Кадры Ethernet , в которых передается в настоящее время более 90% трафика, содержат в себе информацию о портах источника и приемника, которая передается в виде МАС-адресов. Если между двумя портами возникает нарушение на уровне MAC -адресов, то соответствующие кадры уничтожаются. С этим нюансом технологии, в частности, связан тот факт, что тестовые шлейфы, привычные для эксплуатации систем передачи, в транспортных сетях NGN оказываются трудно реализуемыми. Для установления шлейфа нельзя только установить физическую перемычку с канала передачи на канал приема, поскольку одинаковые МАС-адреса в этом случае не позволят передать данные. Для правильной установки шлейфа необходимо использовать разные порты и программировать соответствующим образом адреса. Проходя через коммутатор Ethernet , кадр претерпевает изменения, его МАС-адресация полностью изменяется в соответствии с новыми данными о МАС-адресах нового направления.

Уровень IP . Адрес IP представляет собой очень важный элемент системы маршрутизации в транспортной сети. Очень часто рассмотрение IP -адресации делается в контексте исследования принципов работы Интернет поскольку все устройства современных сетей связи, вне зависимости от уровня принадлежности, имеют свои адреса IP . Все адреса IP имеют размер 32 бита, что создает адресное пространство, образующее более 4 млрд свободных адресов. Этого не хватает на всех жите-лей планеты, поэтому в настоящее время стандарт IPv4, использующий формат дейтаграммы рис. 4.21, пересматривается в пользу нового стандарта IPv6, который рассмотрен ниже. Поскольку размер адреса составляет 4 байта, исторически было принято отображать его в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками, по одному числу на каждый байт. Например, шестнадцатиричный адрес С0290614 записывается как 192.41.6.20. Все IP -адреса традиционно делятся на несколько классов: класс А, начинающийся с 0; класс В, начинающийся с 10; класс С, начинающийся с 110; класс D , начинающийся с 1110 и используемый для широковещательных рассылок данных; класс Е, начинающийся с 11110 и зарезервированный под будущие задачи использования сетей. Для каждого класса предусмотрена своя структура адресного поля, которая может быть найдена в [7] (рис. 4.23). Как следует из рисунка, для трех основных классов адресов, определяющих местоположение компьютера (хоста) в сети, адрес состоит из адреса сети и адреса хоста в сети. Таким образом создается двухуровневая адресация пользователей в транспортной сети. Различие IPv4 и IPv6. Использование нескольких классов адресов в формате IPv4 привело к тому, что общее количество возможных адресов в сети связи стало даже меньше максимально возможных 4 млрд. Но и в случае 4 млрд адресное поле IPv4 оказывается недостаточным для будущего развития технологии NGN . Революционная доктрина NGN

подразумевает изменение самих принципов связи. Вместо традиционных связей «человек-неловок» предусматривается связи «компьютер-компьютер». Как было показано в гл. 1 и 2, это приводит к ситуации, когда абонентами сети становятся не только люди, но и информационные ресурсы. Как следствие, еще в начале 90-х годов стало понятно, что адресного пространства IPv4 окажется недостаточно для обеспечения всех жителей планеты и новых информационных ресурсов соответствующими адресами. Решение было найдено в виде нового формата дейтаграммы IP , получившего название IPv6. Различия между форматом данных IPv4 и IPv6 представлены на рис. 4.24. Основные отличия нового протокола состоят в следующем:

• увеличился размер адресного поля до 16 байтов;
• упростился формат дейтаграммы;
• уменьшился размер таблиц маршрутизации и ускорилась обработка дейтаграмм новым поколением маршрутизаторов IP ;
• улучшены функции защиты данных, в протокол внесены функции аутентификации и шифрования;
• введены функции контроля качества услуг и контроля класса услуг, особенно критичные для трафика реального времени;
• упрощена работы вещательных и многоадресных рассылок данных;
• предусмотрена возможность изменения положения компьютера в сети без изменения его адреса (функции роуминга абонентов в пределах сети).

Процесс перехода от IPv4 к IPv6 оказался сложным и растянутым во времени. Архитектура протокола IPv6 подразумевала возможность сосуществования двух версий протокола в единой транспортной сети в течении долгого времени, что дало повод консерваторам не стремиться к быстрому внедрению IPv6. Некоторые оптимистичные прогнозы предсказывают переход па IPv6 за одно-два десятилетия, тогда как пессимистичные аналитики говорят, что этого не произойдет никогда. В то же время количество доступных адресов современного Интернет на основе IPv4 неуклонно сокращается, так что рано или поздно возникнет необходимость перехода к IPv6. К скорому переходу к IPv6 ведет и новая концепция перехода к ГИО, предложенная совсем недавно производителями компьютеров и бытовой электроники. В повой доктрине NGN предусматривается переход к от связей «компьютер-компьютер» к связям «процессор-процессор». В таком случае в мировую сеть будут подключена вся бытовая электроника современного дома. Вне зависимости от успеха новой доктрины «поющих кофемолок» в настоящее время именно эта доктрина предусматривает быстрый процесс занятия всех свободных IP -адресов и является главным стимулом к переходу к IPv6. Так что есть все основания ожидать скорой победы этого формата адресных полей.

Для различных технологий, использующих в качестве среды передачи IP . характерна определенная концепция заголовков, котора51 оказывается единой практически для всех сегментов современной структуры транспортных сетей. Суть этой концепции заключается в том, что информация между разными уровнями протоколов на основе IP передастся в заголовках дейтаграммы, причем имеет место принцип вложенных заголовков. Эта концепция заголовков не ограничивается только уровнем IP и выше, по распространяется также на уровень ниже, проявляясь в кадровой структуре Ethernet . В качестве иллюстрации на рис. 4.22 показано, каким образом осуществляется принцип вложенности заголовков для распространенных протоколов на основе Ethernet и IP . Назначение протоколов состоит в следующем:

• технология виртуальных локальных сетей VLAN позволяет создавать имитацию работы пользователя в офисной локальной сети даже при условии, что он подключен к глобальной сети;
• протокол РРР используется для передачи данных между двумя пунктами связи, формируя виртуальный коридор-
• технология MPLS позволяет эффективно маршрутизировать трафик в транспортной сети и одновременно следить за политикой обеспечения параметров качества;
• технология TCP позволяет передавать данные в режиме «пользователь-пользователь» на уровне 4 модели OSI.

На первый взгляд представленная система вложенности заголовков противоречива, поскольку часто заголовки добавляются к структуре кадра справа, а иногда слева. В случае прямой вложенности кадров их заголовки добавляются справа. Например, если кадры Ethernet являются транспортом уровня 2 для IP -дейтаграмм уровня 3, то заголовок Ethernet будет находиться слева, а заголовок IP справа. Прямая вложенность связана с объективным разделением технологий по уровням модели OSI . Согласно этой модели кадры Ethernet уровня 2 являются транспортом для пакетов уровня 3 IP , а те в свою очередь являются транспортом для кадров TCP . Существует и обратная вложенность, когда для транспортировки данных используется дополнительный транспортный механизм. Например, кадры Ethernet стандартно переносят трафик IP . но для обеспече

ния более высоких показателей качества может использоваться дополнительный механизм MPLS , Б таком случае кадры MPLS выступают в роли контейнеров для передачи пакетов IP . Соответственно, структура нагрузки кадра Ethernet будет меняться: вместо пакета IP в качестве нагрузки будут загружены кадры MPLS , которые будут транспортом для пакетов IP . Но в таком случае заголовок MPLS появится между заголовком Ethernet и заголовком IP . несмотря на то, что структурно технология MPLS является надстройкой над уровнем IP . Формальная техническая логика прямой и обратной вложенности заголовков не до конца может объяснить порядок следования заголовков в случае полной их реализации. Скорее всего, порядок следования заголовков, представленный на рис. 4.22 внизу, в составе дейтаграммы можно объяснить историческими особенностями появления тех или иных технических решений. Демократичность технологии транспортных сетей N GN предусматривает поливариантность реализации различных схем и соответств e ующих форматов данных. В этом смысле общая схема заголовков на рис. 4.22 внизу представляет собой максимально возможный заголовок, тогда как на практике могут быть реализованы различные варианты передачи данных и соответствующие им структуры кадров. Например, в отсутствии технологии VLAN в транспортной сети соответствующий заголовок не используется и т.д.

Как следует из многослойной архитектуры современных транспортных сетей, представленной на рис. 4.2, унификация технологий происходит на уровне пакетной коммутации IP , который находится выше уровня опорных сетей и занимает в соответствии с моделью OSI уровни 2 и 3. Следует отметить, что современная динамика развития технологий транспортных сетей вносит коррективы в выбор технологии единого транспорта. Все чаще роль единого транспорта отводится технологии Ethernet , поскольку в настоящее время более 90 % трафика от сетей доступа пакетизировано в виде кадров Ethernet , Тем не менее, говорить о том. что технология Ethernet в настоящее время является единым транспортом, нельзя по двум причинам:

• существуют сегменты современных транспортных сетей, в которых нет технологии Ethernet , поэтому эта технология пока не полностью проникла в транспортную сеть;
• технология Ethernet представляет собой в большей степени концепцию, в которой объединены довольно разнородные технологические элементы ( Ethernet разного типа, Gigabit Ethernet , 10 GE и пр.), так что говорить о единых стандартах и принципах построения системы невозможно.

Как показано на рис. 4.2, технология Ethernet находится уровнем ниже технологии IP , так что изменение концепции единого транспорта с технологии IP на технологию Ethernet не противоречит идее внутренней конвергенции транспортных сетей, сформулированной в разд. 3.3.4. Если в будущем технология Ethernet займет место технологии IP как стандарта единого транспорта, то этот шаг будет также развитием современной концепции IP , поскольку в таком случае можно будет говорить о стандарте единого транспорта « Ethernet поверх ГР». Так что несмотря на широкое распространение технологии и стандартов Ethernet , на роль единого стандарта транспортного уровня претендует IP . В этом разделе мы рассмотрим основы технологии IP и принципы функционирования унифицированной транспортной сети. Поскольку технология IP занимает пограничное положение и фактически объединяет различные технологии уровня опорных сетей в единую «би -массу» транспортной сети, рассмотрение технологии IP целесообразно сделать более глубоким. В основе технологии IP лежит принцип использования дейтагра^гм для передачи информации. Дейтаграммный метод отличается от принципов передачи с использованием виртуального канала, которые долггг время доминировали в системах связи. Отличие двух методов передачи было рассмотрено в примере 2.7 разд. 2.3.3; где было показано чщ победа дейтаграммного принципа маршрутизации трафика является отражением принципа децентрализации в общей философии NGN .

Формат дейтаграммы IP (рис. 4.21) имеет ключевое значение, п -скольку эта структура обеспечивает унифицированную передачу данных по транспортной сети NGN . Дейтаграмма состоит из заголовка и поля данных. Особенность дейтаграммного алгоритма маршрутизации данных требует относительно большой длины заголовка дейтаграммы. Л -коничность протоколов маршрутизации, связанных с виртуальным налом, в данном случае оказывается недостижимой, поскольку каждая дейтаграмма должна содержа всю необходимую информацию цл ее передачи по сети. Заголовок дейтаграммы состой | из нескольких полей (рис. 4.21). Поле Версия содержит информацию о версии протокола, что позволяет использовать разные верейш протокола IP на разных узлах или участках сети. Поле IHL содержит информацию о длине заголовка датаграммы, поскольку сам заголовок имеет переменную длину. В состав заголовка входит обязательная (15 байтов) и дополнительная (до 40 байтов) части. Поле Приоритет ( ToS ), называемое также полем типа услуги, определяет приоритетность в обслуживании дейтаграммы. Исторически это поле содержало информацию о приоритетности, задержке, полосе передачи данных и надежности передачи. Но со временем поле потеряло свое значение, поскольку в современной технологии приоритетность задается другими методами. В результате некоторые маршрутизаторы вообще игнорируют это поле. Поле Общая длина дейтаграммы устанавливает размер дейтаграммы IP . Максимальный размер дейтаграммы составляет 65 535 байтов, по есть тенденция к пересмотру этого стандарта и переходу к более длинным пакетам. Поле Идентификация позволяет получателю определить, какой дейтаграмме принадлежат получаемые фрагменты данных Поле Сдвиг фрагмента используется во всех случаях передачи фраг-мсптированных данных, когда блок данных разделяется на фрагменты. Это ноле показывает положение принятого фрагмента в общем блоке данных. Поле Время жизни ( TTL ) используется для контроля процессов передачи данных в транспортной сети. TTL определяет максимально допустимое количество переприемов пакета в сети и уменьшается на единицу каждым маршрутизатором. Пакеты с TTL = 0 уничтожаются. Это позволяет избежать закольцовок трафика, когда пакеты блуждают в сети по кругу бесконечно при самых минимальных нарушениях в процессе маршрутизации. Поле Протокол связано с процессом, в котором используется дейтаграмма. Например, в качестве протокола могут быть установлены значения UDP , TCP и пр. Контрольная сумма заголовка используется для контроля возможных ошибок в заголовке. Адресные поля отправителя и получателя используются в процессе маршрутизации дейтаграммы по транспортной сети. Завершает заголовок поле Необязательная информация, которое может присутствовать или отсутствовать в разных дейтаграммах. В случае, если это поле не кратно 4 байтам, для симметричности заголовка заполняется Дополнительное поле ( PAD ). Таким образом, заголовок дейтаграммы представляет собой доволь-по сложную структуру, многие поля которой могут казаться избыточными. Но такова объективная плата за принцип децентрализации NGN и механизм дейтаграммной передачи данных, принятый в IP . Как будет показано ниже, принцип дейтаграммной маршрутизации оказывается для многих задач существенно эффективнее принципа виртуального канала.

Технология Ethernet рассматривалась в нашем исследовании в качестве одной из возможных технологий широкополосного доступа (см. разд. 3.5). Исторически технология Ethernet выросла из локальных вычислительных сетей ( LAN ). В этом качестве Ethernet конкурировала с

двумя другими технологиями Token Ring и FDDT (рис. 4.17) и в течении сравнительно короткого времени победила эти две технологии и стала доминирующей. Поскольку до последнего времени трафик локальных сетей предприятий и офисов составлял более 80...90 % всего трафика данных, победа технологии Ethernet в сегменте локальных сетей означала, что трафик современных сетей NGN на 90...95 % состоит из кадров Ethernet . Дальнейшее развитие технологии Ethernet пошло по пути ее масштабирования, что можно представить как «растягивание локальной сети до уровня...». От технологии локальных сетей Ethernet пришла в сети MAN , т.е. стали создаваться открытые сети городского масштаба. Затем технология Ethernet была «растянута» до уровня междугородных и национальных сетей, так что сейчас можно рассматривать ее в качестве одной из возможных технологий для транспортного уровня NGN . Вообще технология Ethernet представляет собой целое семейство технологий, отдельно для локальных ( LAN ), городских ( MAN ) и сетей доступа.

Технология Ethernet стандартизирована в Рек. IEEE 802.3 (рис. 4.18). В январе 2005 г. окончательно были определены четыре скорости передачи данных, единые для всех типов сетей Ethernet : Ethernet на скорости 10 Мбит/с, Fast Ethernet на скорости 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet на скорости 1 Гбит/с и 10 Gigabit Ethernet на скорости 10 Гбит/с. Указанное разделение относится ко всем несущим средам, включая витую пару, оптический кабель и беспроводные локальные сети. Скорости в 1 и 10 Гбит/с подходят для транспортной сети. Существенным преимуществом систем Ethernet является широкая машта-бируемость, которая обеспечивает эффективную конвергенцию между транспортной сетью и сетями доступа Ethernet . Кроме того, технология Ethernet оказывается максимально приближенной к стеку протоколов IP и самым распространенным форматом пользовательских данных. Все перечисленные факторы в настоящее время делают системы Ethernet самой перспективной технологией транспортных сетей NGN . Архитектура, стандарты и принципы технологии магистральных сетей Ethernet неоднократно описаны в отечественной и переводной литературе. Здесь в рамках краткого обзора имеет смысл коснуться лишь самых основ этой технологии. Как следует из рис. 4.18, технология Ethernet охватывает все уровни семиуровневой модели OSI . В зависимости от уровня коммутации в технологии Ethernet используются различные устройства:

• объединение сетей на уровне физической среды передачи выполняют самые простые устройства — хабы ( Hub );
• коммутацию на канальном уровне выполняют коммутаторы или мосты;
• коммутацию на сетевом уровне выполняют маршрутизаторы;
• преобразование на уровне приложений выполняется различными шлюзами.

Первоначально технология Ethernet предусматривала полный доступ всех клиентских устройств к единому ресурсу сети, но по мерс эво-тюции технологии сети были сегментированы, и в настоящее время доступ к ресурсам сети ограничен. Стандарт IEEE 802.3 предусматривает деление протокола на четыре уровня:

1. уровень физической среды передачи (физический уровень в модели OSI ), который в свою очередь делится на несколько подуровней (рис. 4.18);
2. уровень управления средой передачи ( Medium Access Control — MAC );
3. уровень управления логическими соединениями ( Logical Link Control — LLC );
4. верхние уровни протокола.

Современная технология транспортных сетей Ethernet ориентирована на оптическую среду передачи и широкое использование одной из модификаций технологии Ethernet — Gigabit Ethernet ( GE ). Если сама технология Ethernet рождалась как технология локальных сетей, а уже затем вышла на уровень распределенных сетей и MAN , то GE изначально разрабатывалась под задачи MAN / WAN , так что GE целесообразно использовать в территориально распределенных сетях. При этом GE является наследницей классической Ethernet и очень просто сопрягается с форматами данных локальных сетей. Таким образом, достигается интеграция между локальными сетями и MAN / WAN . Будучи современной технологией, Gigabit Ethernet в полном мере адаптирована к новым технологиям и услугам в сети, например к технологии MPLS . Как транспортная технология Gigabit Ethernet упразднила некоторые ограничения технологии Ethernet на размер сети. Эти ограничения связаны с вопросами совместного использования ресурса сети и среды передачи, а также с режимом полудуплексной передачи в сети. Технология GE должна была снять соответствующие ограничения, чтобы стать технологией высокоскоростных транспортных сетей, поэтому необходимо модифицировать стандарты Ethernet в новых условиях. Технология сетей Gigabit Ethernet использует полподуплексный режим передачи. К сетевым коммутаторам подключаются терминалы GE работающие обычно с дуплексными оптическими каналами. Исключением стал стандарт 1000 BASE - T , специально разработанный для постепенной миграции из стандартных сетей Ethernet UTP к сетям GE и к технологии транспортных сетей. Стандарты для сетей Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с появились в 1998 г Первым стандартом стал LEEE 802.3 z / ab , который определил две возможных модели архитектуры сетей Gigabit Ethernet . Одна модель получила название архитектуры 1000 BASE - X (вместо X устанавливается вариант версии: СХ, LX или SX ) и была ориентирована на использование оптической среды передачи. Другая касалась сетей на основе витой пары UTP категории 5 или выше и получила название 1000 BASE - T , Стандартизация модели также учитывала указанную двойственность: интерфейс 1000 BASE - X был стандартизирован в 802.3 z , a 1000 BASE - T -в 802.3 ab . После стандартизации сетей Gigabit Ethernet развитие этой технологи не остановилось. Более того, очень скоро были предложены новые уровни скоростей, что привело к появлению

новой технологии высокоскоростного транспорта — 10 Gigabit Ethernet или 10 GE . Технология 10 Gigabit Ethernet имеет два отличия от предыдущих версий Ethernet . Во-первых, в отличие от Gigabit Ethernet , которая может применяться на уровне локальных и транспортных сетей, технология 10 Gigabit Ethernet изначально была предложена только как транспортная. Как следствие, в ней используются мощные оптические трансиверы с дальностью действия более 40 км и одномодовые кабели, используемые в транспортных оптических сетях. Во-вторых, в стандарт 10 Gigabit Ethernet была внесена специальная модификация (опция WAN ), позволяющая прозрачно транслировать данные 10 Gigabit Ethernet по транспортным сетям NGSDH . Во многих случаях появились решения, интегрирующие технологии SDH и 10 Gigabit Ethernet , а также комбинированные системы WDM / SDH /10 GE . Стандарты 10 Gigabit Ethernet были приняты, а оборудование постепенно начало внедряться на сетях, включая и сети отечественных операторов. Современный этап развития технологии Gigabit Ethernet можно охарактеризовать как опытное внедрение сетей 10 GE и постепенный переход от технологии Gigabit Ethernet (в этой книге GE ) к 10 GE на транспортных сетях WAN . Но уже сейчас в лабораториях решается вопрос о дальнейшем развитии технологии Gigabit Ethernet и о будущих взаимосвязях ее с технологией SDH , В основном разработчики сейчас работают над созданием высокоскоростного оборудования SDH уровня 40 Гбит/с или STM -256. Для таких сетей передача в одном их контейнеров трафика 10 GE становится вполне реализуемой. С другой стороны, разработчики технологии Gigabit Ethernet также не стоят на месте, предлагая пилот-проекты оборудования 40 Gigabit Ethernet , которые будет соответствовать объемам трафика NGSDH . В то же время некоторые горячие головы предлагают по-прежнему следовать стратегии увеличения технологии на 10, сразу предлагая разработки 100 Gigabit Ethernet , однако в целом процесс разработки такой технологии буксует. Дело в том, что в настоящее время операторы более охотно внедряют технологию WDM и развертывают сети Gigabit Ethernet в разных каналах WDM . Такой подход обещает быструю отдачу в отличие от неясных перспектив разработки супервысокоскоростной технологии 40/100 GE . На уровне локальных сетей по-прежнему доминирует техно-тогия Fast Ethernet (100 Мбит/с), хотя в последнее время многие отмечают, что недостаток пропускной способности этой технологии ощущается год от года более отчетливо. Таким образом, современное состояние развития Ethernet можно характеризовать как доминирующее положение технологии Gigabit Ethernet на уровне транспортных сетей с ясной перспективой перехода на 10 GE и доминантой технологии 100BASE-T на уровне локальных сетей с постепенным переходом к GE . Последняя оказывается наиболее интересной для современного состояния и на ближайшую перспективу.

Долгое время технология SDH доминировала в качестве основы построения цифровых первичных сетей, а позже стала основной технологией для магистральных сетей связи. Диапазон скоростей достиг 10 Гбит/с при высоком уровне надежности, управляемости, и гибкости. При переходе от традиционных цифровых сетей к N GN перед технологией SDH возникла задача существенного преобразования своей структуры, чтобы соответствовать требованиям времени. Сделать это оказалось непросто, так как изначально система SDH была ориентирована на коммутацию каналов в первичной сети и не была адаптирована к использованию се в качестве системы передачи пакетного трафика. Для адаптации технологии SDH к новым требованиям NGN было разработано несколько технологий: PoS , LAPS . ATM , GFP и другие. В демократичном мире NGN все технологии нашли свое место, хотя некоторые из них существенно снизили эффективность использования ресурсов SDH . Они образовали семейство систем SDH второго поколения, или технологию NGSDH . Таким образом, в результате многолетней работы проблемы адаптации были решены, и технология NGSDH стала одной из распространенных технологий транспортных сетей NGN . Глубокий анализ технологии NGSDH и происходящих в ней процессов был сделан автором в работе [2]. Здесь же рассмотрим несколько основных принципов, которые использованы в системах NGSDH . Первым техническим решением для адаптации технологии SDH к условиям передали пакетного трафика стала процедура виртуальной конкатенации ( VCAT ) и формирования в системе NGSDH виртуальных коридоров произвольной пропускной способности. Как известно, трафик, передаваемый в системах SDH , упаковывается в контейнеры разной пропускной способности. Всего в современных сетях SDH используются три типа контейнеров (С-12, С-3 и С-4) для передачи потоков данных соответственно Е1 (2 Мбит/с), Е3 (8 Мбит/с) и Е4 (140 Мбит/с). Такая пропускная способность не соответствует реалиям современных транспортных сетей NGN , в которых передаются более высокоскоростные потоки. Например, скорости передачи данных для некоторых технологий NGN представлены ниже. Технология Скорость передачи данных: Ethernet 10 Мбит/с Fast Ethernet 100 Мбит / с Gigabit Ethernet 1,25 Гбит / с Fibre Channel 1,06; 2,12; 10 Гбит/с ESCON 200 Мбайт/с, или 1,6 Мбит/с Для передачи подобных потоков данных в SDH был разработан механизм конкатенации, в соответствии с которым контейнеры С-4 могут передаваться по сети SDH в виде сцепки. Содержимое контейнеров в гаком случае считается объединенным, что и формирует единый поток данных, который передается с высокой скоростью. В результате применения процедуры конкатенации на разных скоростях на выходе системы SDH появляются не только стандартные контейнеры С-12, С-3 и С-4, но также и конкатенированные контейнеры С-4-4с, С-4-16с, С-4-64с и С-4-256с. Буква «с» здесь обозначает метод последовательной конкатенации. Метод конкатенации позволил расширить скорость передачи данных от точки к точке сети SDH , формируя определенный набор «виртуальных труб» фиксированного размера. Однако решение проблемы передачи высокоскоростного трафика в системах SDH в виде конкатенации имело один важный недостаток: оно существенно снижает КПД системы передачи. Например, формирование коридора для передачи трафика Gigabit Ethernet (1,05 Гбит/с) методами конкатенации требует использование контейнера VC -4-16 c , что соответствует скорости 2,5 Гбит/с. Таким образом, ресурс системы SDH используется только на 42%. Эффективность использования ресурса SDH для других приложений также невысока (табл. 4.2). Такое положение вещей могло бы устроить операторов, если бы в технологии SDH не возникали проблемы с эффективностью использования ресурсов. Вспомним, что в системах SDH используется резервирование передаваемого потока 1:1. Это означает, что КПД систем SDH уже в самой идее составляет 50%. За счет использования заголовков, которые занимают место при передаче данных, КПД «классической» SDH становится еще меньше и достигает 42...45%. Если теперь уменьшить КПД за счет использования процедур конкатенации, то мы получим для рассмотренного выше случая технологии GE производительность системы 17,6%. Это даже ниже КПД первых паровозов. И конечно, верные своему инженерному призванию, разработчики технологи транспортных сетей не могли мириться с таким положением вещей. Решение было найдено в принципе виртуальной конкатенации ( VCAT ). Идея VCAT состоит в том, чтобы вместо прямого «слеплива-ния» контейнеров использовать виртуальное «слепливание» (рис. 4.9). На оконечном мультиплексоре поток GE разбирается ( splitting ) и упаковывается ( mapping )

Как было указано выше, технология WDM позволяет использовать от 40 до 100 несущих для передачи цифровых сигналов в одном кабеле. Спектральное (оптическое) разделение позволяет говорить об окнах передачи как об отдельных широкополосных каналах. Как следствие, логично ввести коммутацию между отдельными каналами WDM . В начале 90-х годов появились первые системы автоматической пространственной коммутации, которые стали использоваться в качестве эффективного средства для обеспечения резервных переключений и дистанционной реконфигурации оптической сети. Однако недостатком систем являлась низкая скорость отклика на запросы от управляющего процессора, которая была в пределах 10...15 мс, что было явно недостаточно для разработки скоростного оптического коммутатора. В середине 90-х годов был выпущен первый оптический коммутатор со спектральным переключением каналов. Показатели оперативности спектральной коммутации лучше, но и здесь мировая промышленность пока далека от создания оперативного коммутатора WDM . Таким образом, в технологии оптической коммутации остается еще много проблем. Системы оптической коммутации представляют собой системы, где сигнал коммутируется в оптическом виде. Такая коммутация представляет собой переключение оптического сигнала с длины волны (капала) Ak волокна К в канал с длиной волны Am волокна М без оптоэлектрон-ного преобразования (рис. 4.8). Как следствие, параметры качества, передачи таких систем (отношение сигнал/шум, уровень помехозащищенности сигнала и пр.) остаются на высоком уровне. Применение оптической коммутации не способствует увеличению скорости передачи, а только оптимизирует управление в системах WDM . Поэтому оптическая коммутация - это средство третьего приоритета после ВОСП и WDM . Соответственно и отношение операторов к этой технологии довольно прохладное. Расширяя свое влияние на новые районы, оператор вначале планирует прокладку новых оптических кабелей и только при необходимости наращивания пропускной способности в уже развернутой сети обращает внимание на технологию WDM . Однако, если WDM не приводит к дальнейшему повышению эффективности использования уже проложенных кабельных систем, необходимо оптимизировать работу системы WDM за счет оптической коммутации. Таким образом, оператор делает выбор между экстенсивным и интенсивным путями развития, в последнем случае ему необходимы системы WDM и оптическая коммутация. Экстенсивное развитие проще, но дороже, интенсивное -сложнее и дешевле. Ситуация может измениться в ближайшем будущем, когда развитие систем FTTx приведет к резкому увеличению объемов передаваемого трафика. В таком случае можно будет ожидать ситуацию, когда скорость развертывания новых кабельных сетей не сможет удовлетворить росту пропускной способности транспортных сетей, и операторам придется идти по интенсивному пути развития. Пока же можно рассматривать системы оптической коммутации как одно из возможных технических решений на физическом уровне транспортных сетей NGN .

Следующая технология, которая широко используется в транспортных сетях NGN , — это мультиплексирование по длинам волн WDM [33]. Назначение систем WDM состоит в переходе от передачи данных на одной длине волны с использованием разделения ресурса канала методом временного мультиплексирования ( TDM ) к передаче данных на разных

длинах волн (рис. 4.5) в пределах единого окна прозрачности оптоволоконного кабеля. За счет этого удается достичь высочайшей скорости передачи на отдельном волокне. Если пределом для систем TDM стали системы уровня STM -256 (40 Гбит/с), то системы WDM в настоящее время обеспечивают от 8 до 100 несущих, а общая пропускная способность таких систем достигает нескольких терабит в секунду Eia одном волокне. Структура системы передачи WDM представлеЕ1а на рис. 4.6. Основными блоками системы являются мультиплексор MUX . обеспечивающий объединение оптических сипЕалов с разными длинами воли в единый композитный сигнал? и демультиплсксор DEMUX . выпол1еяющий обратное ЕЕреобразование. Следовательно, технология WDM но сути — технология канального уровЕЕя. Функции сетевого управления и обработки каналов лежат ЕЕа мультиплексорах ввода-вывода (МВВ) или других сетевых элементах транспортной сети. Технологию WDM в основееом исееользуют для увеличения пропускной способности в тех сетях, где прокладка кабельной системы уже завершена, но прокладка новых кабелей затруднительна или не плаЕЕиру-ется. В настоящее время системы WDM получили распространение не только в магистральных системах передачи, но и в транспортных сетях городского и райоЕЕНого масштаба. Стоимость решений WDM год от года умеЕЕьшается, следовательно, уменьшается стоимость каждого канала. В настоящее время распространены два типа магистральных систем: с 40 и 100 несущими на одном кабеле. СказанЕЕое дало основание многим

операторам транспортных сетей говорить о том, что «труба» современных систем передачи может расширяться практически бесконечно, поскольку ее размер заведомо превышает существующие и перспективные объемы передаваемого трафика. Технология WDM существенно повлияла па расстановку сил на рынке решений систем передачи. Например, она может эффективно конкурировать с технологией SDH второго поколения ( NGSDH ). Как показано в примере 2.3 (см. рис. 2.5) технология NGSDH позволяет эффективно передавать трафик IP и традиционный трафик TDM в одной транспортной сети. Технология WDM также позволяет объединить в единой транспортной сети традиционный и пакетный трафик. В таком случае объединение происходит не на уровне NGSDH , а на уровне WDM . Будучи канальной системой передачи, WDM обеспечивает несколько каналов передачи оптического сигнала, что позволяет построить две параллельные сети: одну под традиционный трафик (и это будет традиционная система SDH ), одну - под передачу данных (например, сеть 10 Gigabit Ethernet ). Для этого технологии пакетной передачи выделяется один капал системы WDM , технологии SDH — другой канал (рис. 4.7). Сети интегрируются на основе единого оптического транспорта WDM . но разделяются па уровне оконечных мультиплексоров. В таком случае необходимость в технологии NGSDH отпадает, а «коридоры» для передачи традиционного и пакетного трафика создаются в разных спектральных окнах системы WDM . Будущее развитие технологии WDM видится последовательным и эффективным. По мере роста трафика данных и традиционного речевого трафика будут задействованы новые каналы обмена в свободных окнах WDM Таким образом, при всей своей простоте технология WDM предлагает довольно динамичное техническое решение, рассчитанное па развитие транспортной сети NGN и увеличение объемов передаваемого трафика.

Большая часть опорных сетей построены на базе традиционных технологий цифровых систем связи, так или иначе адаптированных к условиям передачи пакетного трафика. Как уже говорилось, па физическом уровне транспортных сетей NGN должны находиться волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Несмотря на то что в современных системах связи для передачи сигналов широко используют металлические кабели и радиоэфир, эти среды не подходят для построения транспортных сетей NGN . Как было показано в разд. 4.3, для передачи трафика, который собирают сети доступа, пропускная способность транспортной сети должна превышать 10 Гбит/с, а перспектива за те-рабитными магистральными каналами. При такой скорости передачи альтернативы оптоволоконным технологиям практически нет. Поэтому радиоэфир (радиорелейные и спутниковые каналы), а также любые системы на основе металлического кабеля ( DSL . HPNA, Ethernet и пр.)

в гл. 3 рассматривались как среды передачи для сетей доступа, но не для транспортных сетей. Типовая система волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) представлена на рис. 4.4. Следует различать волоконно-оптические линии связи и волоконно- оптические системы передачи (ВОСП). ВОЛС включает в себя только оборудование для передачи оптического сигнала по оптическому кабелю, в ВОСП входят также система передачи, принимающая электрический сигнал, и аппаратура сопряжения, которая обеспечивает преобразование электрического сигнала в оптический. Представленная схема ВОЛС традиционна и вошла во все учебники. Такие ВОЛС используются в системах связи (в первую очередь в первичной сети) более 30 лет. Переход от традиционной первичной сети к NGN не внес принципиальных изменений в структуру кабельной оптической сети. Увеличилась лишь эффективная полоса передачи сигнала, что связано с необходимостью передавать большие массивы информации. В результате для передачи данных стали важны не только амплитудно-частотная характеристика широкополосного канала (затухание на разных частотах), но и фазочастотная (дисперсия). Влияние поляризационной модовой дисперсии ( PMD ) или хроматической дисперсии ( CD ) на качество передачи широкополосного сигнала по оптическому кабелю проявляется на скорости более 10 Гбит/с, ниже этой скорости нелинейность дисперсии не влияет на качество передачи данных. Поэтому в традиционных сетях на физическом уровне параметры PMD и CD не учитываются, но в транспортной сети NGN они становятся достаточно критичными, что было показано в монографии [33].

Рассмотрев общую философию построения транспортной сети на основе технологии IP , перейдем к исследованию этой технологии. Исторический путь развития технологии IP указывает на то, что мир этой технологии является очень разнообразным и динамичным. В нем присутствуют самые разные концепции и технологии, часто даже взаимно-конкурентные решения. Поэтому сделать короткий обзор этой технологии, запланированный в этой главе, представляется непростой задачей. Для понимания принципов функционирования сетей на основе IP целесообразно использовать несколько ключей к пониманию этой технологии.

Первым ключом является деление технологии транспортной сети на основе IP на несколько уровней согласно модели OSI . Как было показано в гл. 2, модель OSI не противоречит принятой в этой книге классификационной модели SCTA , а применение модели OSI к исследованию транспортной сети NGN существенно облегчает понимание некоторых процессов в сетях IP , поскольку па разных уровнях работают разные процессы и используются различные технологии. Выше мы уже рассматривали некоторые варианты структурного построения современной транспортной сети NGN (см. примеры 2,2, 2.3, а также рис. 2.6 и др.). Теперь уже с новых позиций построим многоуровневую концепцию транспортной сети NGN , охватывающую все технологии современных сетей от физического до транспортного уровня OSI рис. 4.2). Физический уровень представлен волоконно-оптическими системами передачи (ВОСП) на основе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Поверх него размещается оборудование оптического мультиплексирования ( WDM / DWDM ), Выше уровня WDM находятся системы оптической коммутации, где с помощью специальных устройств оптический нал коммутируется и в дальнейшем распространяется по другому волокну или в другом диапазоне волн без аналогово-цифровых преобразований, поскольку здесь данные передаются непосредственно в видео цифрового сигнала. Основной технологией физического уровня должны быть ВОСП. Можно долго дискутировать, в какой степени современные радиорелейные спутниковые и традиционные системы передачи смогут формировать транспортный уровень NGN , по очевидно, что они войдут в NGN в основном на уровне доступа. Современные требования по передаче четного трафика ориентированы на скорость передачи данных более 10 Гбит/с. Такую скорость передами может обеспечить только оптоволоконная технология, т.е. ВОСП. Технология WDM / DWDM оптимизирует использование оптических кабелей за счет системы спектрального мультиплексирования, позволяющей формировать несколько цифровых каналов широкополосной передачи на одном оптическом волокне. Системы оптической коммутации дополняют эту систему, обеспечивая коммутацию сигналов с одной длины волны на другую. Тем самым эффективность ВОСП выходит на уникально высокие показатели. На физическом уровне имеет место поливариантностъ технических решений. Оператор в равной степени может использовать только системы передачи на основе ВОЛС, ВОСП с системами WDM и/или оптической коммутацией. На канальном уровне транспортных сетей применяются различные технологии, которые позволяют загрузить данные по протоколу IP в ВОСП на физическом уровне. Как показано на рис. 4.2, в качестве возможных вариантов могут применяться технологии NGSDH ( SDH нового поколения), сети Ethernet и Gigabit Ethernet ( GE ), уже разверну-тые сети ATM и Frame Relay , а также стек технологий систем хранения информации ( SAN ), куда входят технологии Fiber Channel , FICON , ESCON . Помимо перечисленных технологий допускается и вариант прямой загрузки дейтаграмм IP в ВОСП, что представлено на рисунке как вертикальный разрез технологией IP всей многоуровневой структуры. Такой вариант в последнее время используется редко, но теоретически он вполне возможен. Все решения объединяются на сетевом уровне, который включает в себя два подуровня. На нижнем подуровне данные от различных систем канального уровня преобразуются в дейтаграммы единого формата IP . верхний подуровень объединяет различные решения в части организации маршрутизации полученных дейтаграмм. Завершает модель транспортный уровень, где дейтаграммы IP собираются в кадры TCP или UDP , которые собственно и передаются по транспортной сети. Дальнейшие уровни модели OSI уже являются уровнями управления и услуг и будут рассмотрены в следующих главах. Как следует из рис. 4.2, не существует четкого деления технических решений по уровням OSI : некоторые технологии выполняют ф

ункции одновременно нескольких уровней, другие - только отдельных уровней или даже подуровней. Все это делает спорной эффективность применения модели OSI к описанию технологий транспортной сети. Эффективнее классифицировать поливариантные решения, присутствующие на физическом и канальном уровне, как решения подуровня опорных сетей. который включает в себя технологии ВОЛС, WDM , NGSDH , оптической коммутации и магистрального Ethernet . Выше этого подуровня целесообразно ввести подуровень пакетной коммутации. Над ним разместим подуровень маршрутизации, а выше выделим подуровень транспортной сети, который уже полностью соответствует транспортному уровню модели OSI . Полученная модель из четырех подуровней в нашем исследовании кажется более корректной, чем модель OSI , поскольку не требует выделения в отдельных технологиях транспортной сети каких-то дополнительных слоев или элементов. В дальнейшем мы будем придерживаться именно такой классификации технологий. Из рисунка следует не только многослойность современной концепции транспортной сети, но и поливариантность технических решений. В качестве иллюстрации можно рассмотреть пять различных методов загрузки данных коммутируемого IP (па схеме справа) в ВОСП: IP -> Ethernet -> ВОСП; IP -> Ethernet -> WDM -> ВОСП; IP —> Оптическая коммутация -> WDM —> ВОСП; IP -> WDM -> ВОСП; IP -> ВОСП. Таким образом, при детальном рассмотрении технология транспортной сети уже не представляет собой однородную «биомассу», под уровнем IP находится поливариантная архитектура, допускающая самые разные технические решения, а сама архитектура транспортной сети оказывается многослойной. Вторым ключом к пониманию принципов построения технологии транспортной сети является демократизм, свойственный в целом технологии NGN . Суть его состоит в том, что все технологии, представленные на рис. 4.2, являются равноправными, равновозможными и равноценными с точки зрения их использования для построения транспортной сети. В то же время демократизм имеет свои особенности, например необходимо учитывать взаимное расположение различных технологий на уровнях архитектурной модели OSI . Так, технология NGSDH эффективна в случае, когда оператор решает проблему миграции своей сети из традиционной первичной в транспортную сеть NGN . Если же но условиям развития сети нужно строить новые сегменты, то в них целесообразнее использовать технологию Gigabit Ethernet . Точно также в условиях дефицита свободных волокон целесообразно использовать технологию WDM , тогда как в условиях прокладки нового кабеля целесообразнее использовать под технологии SDH и WDM разные волокна, и т.д. Наконец, третьим ключом является понимание особенностей конвергенции технологий на этом уровне NGN . Конвергенция технологий транспортных сетей имеет ряд отличий от конвергенции сетей доступа. В сетях доступа конвергенция имеет много внешних проявлений, эти сети как технологические компоненты развиваются независимо и объединяются только на завершающем этапе создания NGN в точках подключения оборудования пользователя. Такое направление конвергенции можно рассматривать как внешнюю конвергенцию. Для транспортной сети характерно явление внутренней конвергенции, которая предусматривает объединение технологий уже на начальном этапе построения сети. Как следует из рис. 4.2, в рамках единой транспортной сети технологии внедряются независимо только на подуровне опорных сетей. Выше этого подуровня все технологии работают с единым форматом данных (дейтаграммами IP ), т.е. их следует рассматривать как единую транспортную сеть. Таким образом, транспортная сеть IP внешне выглядит как однородная «биомасса», а все границы раздела технологий скрываются в се глубине. В остальном конвергенция технологий в транспортных сетях NGN подчиняется общим принципам, рассмотренным в гл. 2. Последним ключом к пониманию принципов построения современных транспортных сетей является динамика их развития. В последние 10-15 лет транспортные сети развивались под флагом миграции технологий от традиционной сети с коммутацией каналов к транспортной сети с коммутацией пакетов (рис. 4.3). На этом пути возникало много различных промежуточных решений, которые в дальнейшем включались в демократичный мир NGN , На первом этапе развития транспортной сети доминировало понятие канала, пришедшее из традиционной первичной сети. Как следствие, сеть рассматривалась как система управления каналами. Именно в таком виде эта технология была представлена в системах WDM , где существуют нескол

ько полос передачи (по сути каналов), и в системах оптической коммутации, которые позволяют переключать оптический сигнал с одной длины волны (канала) WDM на другую. Появление концепции мультисервисных сетей привело к развитию транспортных технологий ATM и Frame Relay . Это позволило отказаться от понятия физического канала, сделав его менее строгим. В результате возникло понятие виртуального капала, удобного для передачи пакетного трафика между двумя точками сети. Дальнейшее развитие привело к появлению виртуальных частных сетей ( VPN ), которые рассматривались как выделенная и закрепленная за пользователем совокупность виртуальных каналов ( ATM VPN ).

Развитие технологии Ethernet и переход этой технологии от применений в области локальных сетей к городским сетям MAN привело к тому, что появились решения, позволяющие передавать трафик Eihernet в единой «виртуальной трубе». Такая технология получила название Ethernet ptp ( ptp point - to - point , или «точка-точка»). «Виртуальная труба» в сети Ethernet представляет собой эквивалент канала, но этот капал оказывается полностью ориентированным на передачу пакетного трафика, а понятие канала п да.нном случае стало еще менее строгим, чем понятие виртуального канала. Следующим этапом в развитии транспортных сетей по направлению к полностью пакетной коммутации стало развитие технологии виртуальных сетей в сети IP ( IP VPN ). По аналогии с ATM VPN технология IP VPN предлагала закрепить совокупность «виртуальных труб» в сети IP за отдельным пользователем. В результагс понятие канала как двунаправленного обмена между двумя точками сети стало еще менее четким. Технология IP VPN оставила заметный след в развитии транспортных сетей от коммутации каналов к коммутации пакетов. С одной стороны, она позволяет вернуться в пакетных сетях к элементам коммутации каналов, закрепляя отдельные «виртуальные трубы» в качестве отдельных VPN . С другой стороны, понятие VPN оказывается существенно шире, чем двунаправленный обмен, так что технология IP VPN позволяет формировать внутри «облака» транспортной сети любые схемы обмена данными. Такая гибкость позволила технологии IP VPN стать одним из краеугольных камней современной технологии транспортных сетей. Развитие транспортных сетей после технологии IP VPN пошло в направлении полного отказа от понятия канала и перехода к технологии коммутации пакетов. На этом этапе претерпело качественное изменение даже понятие пользователя NGN . В современной трактовке пользователем NGN является в том числе и домашняя сеть, которая вобрала в себя так много технологий, что ее можно назвать конвергентной. Соответственно, в такой трактовке транспортная сеть превращается в набор механизмов для соединения домашних сетей друг с другом, что логично приводит к технологии соединений LAN - LAN , которая развивается в настоящее время. Таким образом, па разных этапах развития технологии пакетной коммутации появлялись различные решения, которые постепенно преобразовывали идеологию транспортных сетей, и то многообразие решений, которое мы наблюдаем на современном этапе, во многом связано с особенностями исторического развития мировой технологии связи. Если этого не учитывать, то оказываются непопятными многие явления в области современных транспортных сетей. Например, широкое использование NGSDH в качестве транспортной технологии NGN объясняется тем фактом, что долгое время только такая технология обеспечивала режим самовосстановления в случае существенных повреждений на сети. Любой радикальный сбой в сети SDH приводит к реконфигурации сети, так что обмен данными восстанавливается не более чем через 50 мс. Только сравнительно недавно технологии на базе Gigabil Ethernet продемонстрировали аналогичный уровень оперативности при переключении на резерв. В ходе развития технологий менялись не только решения, по и многие понятия. Вместе с тем наблюдаются и консервативные тенденции. Примером служит стремление ряда операторов к поиску эквивалента канала в современных транспортных сетях. В результате возникают проекты, построенные на современном оборудовании, но на идеологии традиционных сетей. Например, оператор может предложить организацию выделенных VPN для каждого пользователя сети, зафиксировав допустимую скорость передачи. С точки зрения идеологии сеть, построенная на таких VPN , представляет собой ни что иное, как сеть с коммутацией виртуальных каналов фиксированной пропуск

ной способности, т.е. сеть с коммутацией каналов. Можно указать и на другие примеры, копа эволюция мышления специалистов отставала от развития техники, что неизбежно приводило к казусам. Подводя итог вышесказанному, подчеркнем, что современное состояние технологий транспортных сетей можно понять, только соединив исторический взгляд на развитие сетей с их многослойной архитектурой и демократизмом технологических решений. Рассмотрим подробнее принципы построения и функционирования четырех указанных выше подуровней: опорных сетей, пакетной коммутации, маршрутизации и транспорта. Это позволит нам заглянуть внутрь «биомассы» и понять основные процессы, которые протекают в ней. Как уже говорилось во введении, в книге не предусматривалось детальное описание отдельных технологий, но это в данном случае и не нужно. Технологии, образующие предложенную выше модель транспортных сетей NGN , это хорошо изученные и популярные технологии на отечественном и мировом рынках. Студенты или инженеры, желающие узнать больше об этих технологиях, без проблем найдут огромный теоретический и фактический материал и в книжных магазинах, и в свободном доступе в Интернете. Достаточно сказать, что технология TCP/IP каждый год рассматривается в 5-10 публикациях. Технология транспортных сетей SDH также популярна, ей посвящен ряд монографий, в том числе и исследование автора [2]. По причине большого объема знаний, связанных с технологией транспортной сети NGN , ниже будет сделаны акценты на закономерности развития различных технологий, их месте в настоящем и будущем транспортных сетей NGN , а также па те специфические изменения, которые претерпевают технологии, будучи включенными в «биомассу» транспортных сетей NGN .

Рассмотрение внутреннего строения транспортной сети NGN начнем с исследования вопроса о едином транспорте данных. Идея транспортной сети как элемента NGN , обеспечивающего передачу данных любого формата, неизбежно требует унификации данных. Разнородные данные от разных сетей доступа целесообразно сначала преобразовать в единый формат, а затем передавать их средствами транспортной сети. Идея унификации формата данных оказывается близкой к идее унификации каналов первичной сети, которая в свое время позволила создать каркас для традиционных сетей связи. Требование совместимости различных вторичных сетей друг с другом потребовано стандартизации сети с коммутацией каналов. Появился единый банк каналов и сформировалась концепция первичной сети. Точно так же требование совместимости различных сетей доступа при их работе через транспортную сеть приводит к необходимости стандартизации формата пакетных данных, что и составляет одну из основ этих сетей. С начала 90-х годов началось противостояние двух технологий транспортной сети — ATM и IP . Сейчас это противостояние стало достоянием истории, но в свое время вокруг него кипели страсти. Цена вопроса была высока — мировая индустрия делала выбор стандарта унификации пакетного трафика. Два совершенно разных стандарта и стратегии единого транспорта боролись за право на жизнь. Технология ATM была предложена как плановое развитие больших сетей. Б качестве принципа маршрутизации в технологии ATM использовался принцип виртуальных каналов, отработанный на сетях Х.25 и Frame Relay . Пакетные данные преобразовывались в ячейки фиксированного размера. Были разработаны стандарты коммутации ячеек, политики в области обеспечения качества, предоставления различных услуг и пр. Стратегия развития ATM предусматривала направление развития «сверху». Предполагалось провести модернизацию сетей, а затем постепенно доводить технологию ATM до оконечного пользователя. Альтернативным подходом явилась идея транспорта на основе дейтаграмм IP . Здесь была предложена идея использовать в качестве единого стандарта дейтаграммы переменной длины со множеством заголовков. Принцип маршрутизации трафика ориентировался на индивидуальную передачу дейтаграмм. При этом развитие технологии IP шло по стратегии «снизу», так как эта технология к началу противостояние фактически победила в сегменте оконечного оборудования, локальных и офисных сетей. Соответственно развитие технологии шло от оконечных устройств к транспортном сети. Нет смысла исследовать причины, по которым в результате противостояния победила технология IP . Исследователи часто приводят объективные недостатки ATM (сложная процедура обслуживания трафика. высокая стоимость оборудования, отсутствие гибкости и пр.) и субъективные причины поражения этой технологии (заговор компаний во главе с Cisco , отсутствие гибкой маркетинговой политики у больших операторов и т.д.). Сейчас не столь важно понимание причин победы технологии IP , сколько само признание этого факта. В конце концов, в мире могла победить только одна технология единого транспорта, только так можно построить каркас единой пакетной сети. То, что такой технологией стала IP , — это всего лишь страница современной технической истории. В настоящее время никто не сомневается в окончательной победе IP в качестве стандарта единого транспорта пакетного трафика. Эта победа была подтверждена двумя основными сторонниками технологии ATM — компаниями Alcatel и Nortel , когда несколько лет назад они официально объявили о прекращении производства компонентов магистральных сетей ATM . Таким образом, если мы говорим о современной концепции единого транспорта пакетных сетей, то однозначно имеем в виду технологию IP и ее окружение. Однако если рассмотреть технологию IP , нельзя не учитывать некоторые исторические особенности ее происхождения, которые не могли не сказаться на ее развитии. Часто эксперты в области современных систем связи говорят о «родовой травме» технологии IP и утверждают, что технология IP произошла из среды студенческих локальных сетей и логично «унаследовала определенный уровень разгильдяйства и волюнтаризма», который присущ студенческому сообществу*. В результате некоторые особенности IP как технологии единого транспорта выглядят на первый взгляд как существенные недостатки. Например, в этой технологии не существует механизмов гарантированной передачи данных.

Речь идет о большом вкладе студентов университета Беркли, шт. Калифорния, которые реализовали протоколы стека TCP/IP в своей версии операционной системы UNIX . Финансировало этот проект агентство DARPA , которое впоследствии установило взаимодействие практически со всеми университетами США.— Прим. ред. между двумя точками сети. Политика качества ( QoS ), которая входила в состав технологии ATM , позволяла гарантировать определенный уровень потерь пакетов, задержки и т.д. для разных категорий трафика. Ничего подобного в технологии IP нет, и в процессе разработки технологий на базе IP пришлось создавать новые и новые технические решения, чтобы «снизу» довести уровень качества в сети IP до уровня, который технология ATM предлагала как само собой разумеющееся. Сложность и разнообразие решений в области технологии IP часто рассматриваются не как достоинство, а как недостаток, связанный с необходимостью приспособить изначально порочную технологию к реальности не использования в транспортной сети NGN . Существует много других сомнений в эффективности IP как транспортной технологии. Иногда даже говорят о деструктивном заговоре нескольких производителей оборудования во главе с Cisco . Якобы эти компании путем удачного маркетинга и политических интриг добились удушения конкурирующей технологии ATM , а сами предложили некорректное решение. Оставив в стороне домыслы об ошибке истории и идею «масонского заговора», попробуем честно взглянуть на развитие технологии IP и выяснить, имеется ли обозначенная проблема «родовой травмы». Действительно, технология IP и ее технологическое окружение возникли из студенческих сетей, в которых присутствовал определенный дух свободы и вседозволенности. Алгоритмы маршрутизации IP , схемы обмена данными, системы сигнализации и т.д. отрабатывались на прототипах студенческих сетей стоимостью в сотни и тысячи долларов. Но этот факт как раз и позволил быстро разработать основы технологии и адаптировать ее к любым особенностям использования в качестве единого транспорта передачи данных. Дух свободы и творчества в области принципов построения сетей передачи данных на основе IP заразил многие университеты в 70-90-е годы. Тот факт, что для отработки даже самых сложных моделей работы сети оказалось достаточно использовать несколько студенческих компьютеров, объединенных в локальную сеть, и при этом решать стратегические вопросы функционирования сетей, оказался настолько привлекательным, что он привел к резкому росту интереса к технологии IP со стороны научного сообщества. В результате количество талантливых специалистов, которые работали над технологией IP , оказалось па порядки больше, чем количество разработчиков технологии ATM , развиваемой кулуарно в лабораториях крупных компаний-производителей. Как следствие, уровень проработанности концепции IP оказался выше, а решения на основе IP обладали самой высокой гибкостью, что особенно важно в условиях формирования и бурного развития концепции NGN . Следует отметить, что дух демократичности, который пронизывает всю концепцию NGN снизу доверху, как нельзя лучше соответствует концепции технологии IP . Разные научные школы, лаборатории, университеты, внесшие вклад в развитие современной технологии I Р, разрабатывали порой самые противоречивые концепции маршрутизации, сигнализации, коммутации и пр. И весь этот опыт вошел в технологию, сформировав уникальный демократичный мир технологии IP . Как было показано в главе 2, именно демократичность отличает современные сети NGN . Возможно, что победа технологии IP над ATM была обусловлена еще и тем, что технология IP с ее противоречиями, альтернативными решениями и пр. эффективно вписалась в модель сетей NGN и стала действительно основой современных пакетных сетей. Поэтому нельзя осудить одно из мнений о том, что современные сети NGN — это сети па основе технологии IP . Такое суждение имеет право на жизнь не только как отражение демократичности концепций NGN , но и как отражение уникальной роли IP как единого технологического и концептуального каркаса современных сетей нового поколения. Поэтому суждения о «родовой травме» едва ли являются конструктивными на современном этапе развития технологии транспортных сетей. Они могли иметь место на этапе противостояния ATM и IP . Сейчас связная отрасль находится на другом этапе. Технология IP вошла в стандарты NGN в качестве единого формата унифицированных данных и вошла настолько глубоко, что стала равнозначна самой технологии NGN . Можно сказать, что вызов

со стороны NGN был принят разработчиками IP , и именно эта технология оказалась максимально удобной в качестве каркаса современных сетей. На этом основании она победила и продолжает развиваться всем связным сообществом.

После детального исследования технологий уровня доступа в модели SCTA . поднимемся на один уровень вверх, к технологиям транспортной сети. В гл. 1 и 2 было показано место транспортной сети в архитектуре современных сетей NGN . Кратко перечислим сформулированные выводы.

• Транспортная сеть является развитием первичной сети при пере-
  

  
  ходе от коммутации каналов к коммутации пакетов.

• Транспортная сеть является каркасом современной сети NGN . Она представляет собой средство для соединения пользователей и приложений.
• В первичной сети основная функция сводилась к образованию стандартного аналогового или цифрового канала между двумя точками сети, а транспортная сеть формирует капал передачи данных между двумя точками подключения пользователей NGN . Аналогия между транспортной сетью и первичной сетью присутствует также в механизме связей между пользователями (см. рис. 1.3 и 1.6).
• Несмотря на единство принципов работы транспортной сети и первичной сети. NGN привносит свою специфику:

1. вместо типового канала первичной сети используется какал передачи данных, который может быть установлен на основе технологии «виртуального канала», или «виртуальной трубы» в случае использования принципа дейтаграммой передачи (см. пример 2.7); эти пока размытые понятия ниже будут уточнены;
2. в сети могут присутствовать как соединения «точка-точка», что может трактоваться как канал, так и соединения «точка-многоточка» и даже «многоточка-многоточка», что нельзя уже рассматривать как канал;

3. 
   

   
   «виртуальные трубы» могут быть симметричными и ассиметричными по объему передаваемого трафика; допускается также режим однонаправленной передачи (симплексный канал).

5. В отличие от сетей доступа, которые разворачиваются «по месту», транспортная сеть строится запланировано, в соответствии со стратегией развития оператора. Перечисленные выводы могут быть дополнены. Напомним, что одна из возможных точек зрения на транспортную технологию состоит в том. чтобы понять, насколько эффективно она может собрать трафик широкополосного доступа. Отсюда следует зеркальный взгляд па технологию транспортных сетей: это технология, которая позволяет перераспределять по сети собранный сетями доступа трафик. На рис. 4.1 представлена модель функционирования транспортной сети, согласно которой потребителями ресурсов транспортной сети являются сети доступа. Сети доступа собирают трафик от пользователей NGN и взаимодействуют друг с другом через транспортную сеть. Из этой модели мы получаем самый важный вывод, определяющий ценность технических решений в области транспотных сетей: Основное назначение транспортной сети заключается в обслуживании трафика данных NGN . Для обслуживания трафика транспортная сеть должна обеспечивать следующие процедуры, принятые в NGN : распределение трафика, выравнивание нагрузки, маршрутизацию трафика, по связям различной топологии («точка-точка», «точка-многоточка» и пр.), дублирование трафика, мультиплексирование (объединение) и демультиплексирование (разделение) и т.д. Чем успешнее обслуживает технология транспортной сети пакетный график, тем эффективнее техническое решение. Именно такой критерий эффективности будет принят в этой главе в качестве основного при сравнении различных технологий. Облако транспортной сети. В конце 80-х годов на отечественные экраны вышел научно-фантастический фильм «Через тернии к звездам». Фильм был очень популярен в свое время, так что многие читатели может быть помнят образ биомассы, которая была показана в этом фильме. Про нее в фильме говорилось очень мало, разве только то, что это строительный материал для будущего «идеального человека». Она живая, но лишена интеллекта. На экране был показан этакий живой кисель довольно противного цвета, покрытый пеной. В финале фильма биомасса вырвалась из своего хранилища, но благодаря мужественным действиям совместного отряда землян и инопланетян была успешно нейтрализована. Так вот, часто новые технологии, сети и сегменты сетей напоминают такую биомассу. И особенно глубоко ассоциации с этим образом возникают при знакомстве с современными технологиями пакетных транспортных сетей. Действительно, читатели, надеюсь, уже привыкли к схемам, на которых присутствует «облако» транспортной сети, как на рис. 1.6, 2.2 и многих других. Но при детальном рассмотрении это облако очень похоже на биомассу из фантастического фильма. Она живет своей жизнью, которая нам не всегда ясна и чаще даже непонятна. Если мы загружаем с одной стороны «облачка» пакетный трафик, мы его получаем на другой стороне... или не получаем. Но понять детально, что происходит в сети, представляется сложным. Например, современные сети на основе технологии IP используют принцип маршрутизации трафика методом дейтаграмм (см. пример 2.7), В соответствии с этим методом весь передаваемый по транспортной сети трафик разделяется на отдельные дейтаграммы, которые двигаются по сети на манер «казацкой лавы», только в самых общих чертах выдерживая направление передачи. Бросая в «биомассу» транспортной сети дейтаграмму, мы надеемся, что она вылетит на другом конце в нужной точке. Если речь идет о вещательном трафике, то внутри транспортной сети дейтаграммы должны будут размножиться и оказаться сразу в нескольких точках на выходе транспортных шлюзов. Но что происходит внутри самой «биомассы»? На этот вопрос простые схемы с «облаками» не отвечают. В этой главе мы должны проникнуть в общие принципы функционирования транспортной сети, исследовав, что происходит внутри «биомассы» современной транспортной сети. Подобная ассоциация придумана не автором. Впервые связь между технологией IP и образом биомассы из фильма подсказала автору М. Нурмиева. Позже независимо от нее и от автора те же ассоциации возникли и у других специалистов. Таким образом, образ биомассы как отражение транспортных сетей представляется очень устойчивым и заслуживает внимания. Как будет показало ниже, процессы, кото

Подводя итог анализу технологий уровня доступа, сравним все приведенные решения. В случае с технологиями доступа NGN сделать сравнительный анализ корректно невозможно по следующим причинам:

• принцип демократичности NGN уравнивает в правах на рынке все технические решения. Любая технология, вне зависимости от того, что мы о ней думаем и говорим, имеет право на существование в концепции NGN ;
• многопараметричность технологий делает их сравнение спорным или ангажированным.

Чтобы провести технологическое сравнение, нам придется из огромного перечня параметров систем выбрать только некоторые. Такое сравнение будет однозначно односторонним. Единственным корректным способом обобщенной оценки различных технологий доступа является сравнение популярности различных технологий, что выражается в доле абонентов, подключенных через нее. На популярность могут влиять разные факторы: мода, технические особен

ности, талант маркетологов операторских компаний и пр. Сравнительный анализ по этому критерию не противоречит демократической концепции сетей нового поколения и не предполагает оценку технических сторон различных решений проблемы «последней мили». В качестве примера на рис. 3.46 показана относительная доля подключений широкополосного доступа в Европе на конец 2005 г. [27]. Выборка для статистического анализа представляется внушительной — это 137 млн абонентов. Результаты сравнительного анализа оказываются довольно интересными. Лидирующее положение на рынке имеет технология DSL (в первую очередь ADSL ), которая охватывает более 60 % всех пользователей. Технология широкополосного доступа по сетям кабельного телевидения также представляется очень существенной и составляет более 30%. На остальные технологии ( FTTx , Wi - Fi , WiMAX и пр.) приходится не более 7%. Приведенная статистика хорошо отражает общие приоритеты в развитии сетей доступа в современном мире. Несмотря на весь пафос сторонников развертывания оптических абонентских сетей, даже в развитых странах Европы подавляющее большинство пользователей подключено через сети доступа, использующие уже развернутую инфраструктуру сетей. Это еще раз показывает, что существует объективная задержка в динамике развития сетей доступа из-за фактора нового строительства. Даже в таких благоприятных для нового строительства странах, как Япония (где еще в 1995 г. были приняты постановления об обязательном развертывании оптических домашних сетей в новых объектах строительства), статистика показывает сравнительно небольшую долю оптических подключений в сравнении с ADSL и CATV . Таким образом, на современном этапе временные миграционные решения представляют собой наиболее существенный сегмент сетей доступа NGN . В будущем приоритеты могут поменяться. Новое строительство будет увеличивать долю абонентов FTTx . Современное развитие технологии WiMAX также сулит новый переворот. На горизонте снова появились революционные разработки PLC . Принятие стандартов сотовых сетей 3 G вообще может в самое ближайшее время коренным образом изменить приоритеты и распределение ролей на рынке доступа. Вое пути развития равновероятны, и в этом еще раз проявляется демократичный принцип NGN . Время покажет, какие из перечисленных технологий ждет «инновационная смерть», а какие из них станут лидером будущей революции. Пока же все перечисленные технологии равноправны и равноценны.

Завершая рассмотрение закономерностей развития различных технологий доступа, остановимся на стратегии развития в условиях конвергенции технологий. Этот вопрос оказывается нетривиальным и его невозможно свести просто к конкуренции различных технических решений в рыночном поле. Детальное рассмотрение показывает, что на разных этапах развития сетей NGN стратегия развертывания сетей доступа меняется. Как было показано выше, развитие сетей доступа обычно отстает от развития сетей на других уровнях модели SCTA , что делает проблему «последней мили» самой острой в революции NGN . В результате на первом этапе развития NGN развертывание сетей доступа, как уже отмечено, всецело подчинено стратегии «пожарной команды». На этом этапе потребность в подключении новых абонентов опережает возможности операторов, не готовых к масштабным проектам интернетизации общества. Спрос опережает предложение. Для подключения абонентов к NGN любые технологии оказываются востребованными. Операторские компании обычно одновременно занимаются всеми технологиями — ADSL . Wi - Fi , WiMAX , RadioEthernet , домовыми сетями и пр. Среди возможных решений выбираются те, которые оператору более всего удаются. Именно эти технологии составят костяк будущих сетей нового поколения. Для операторских компаний это время можно рассматривать как один из самых счастливых периодов развития, когда есть растущий рынок, а конкуренция отсутствует. К сожалению, этот период длится очень недолго. Все зависит лишь от того, насколько быстро инженеры операторской компании смогут освоить технологию внедрения широкополосного доступа, перейдя от частных подключений к массовому захвату рынка. По по мере накопления опыта стратегия развития сетей доступа меняется. Наступает момент, когда любой оператор может своими силами решить проблему «последней мили» современного города с учетом того, что население обычно инертно в своих потребностях, особенно к новым технологиям, так что рост числа активных пользователей NGN редко составляет более 3...5% в год. На этом новом этапе, наоборот, предложение опережает спрос и возникает конкуренция, причем не между технологиями, а между операторами. Как было показано выше, один из решающих факторов выбора технологии доступа, связан с тем, насколько эффективно она может «собрать трафик». Этот период развития сетей является довольно драматичным. Приведенные в гл. 1 случаи коллапса проектов массового внедрения различных технологий, когда один оператор вкладывает существенные инвестиции в проект массового ADSL , а другой оперативно забирает трафик, развернув в течение месяца сеть WiMAX , являются характерными для данного этапа развития сетей доступа. Все операторские компании вынуждены применять агрессивные стратегии захвата рынка пользователей широкополосного доступа. Для этой цели каждый оператор разрабатывает свой пакет решений, обычно на основе нескольких технологий «последней мили», объединенных в единое решение на принципах конвергенции. Таким образом, конкуренция между операторами приводит к конкуренции технических решений, но не отдельных технологий доступа. Следует отмстить, что период взаимной конкуренции технологий представляет собой очень продолжительный этап, который может длиться от 5 до 15...20 лет в зависимости от уровня информатизации страны (рис 3.45). Говоря о будущем развития сетей доступа, можно предсказать, что

Формирование объединенных сетей доступа на принципах конвергенции приводит не только к всеобщей доступности услуг, но еще и к проблемам взаимной совместимости сетей доступа. Чтобы многослойная система доступа NGN , представленная на рис. 3.39 или 3.41, эффективно функционировала и выполняла свои задачи, различные технологии должны быть взаимно совместимы между собой. В [26] исследованы проблемы совместимости технологий, которые встретят операторы в самом ближайшем будущем. Было показано, что в объединенных сетях доступа можно выделить два класса проблем: все системы доступа должны быть совместимы с транспортной сетью, что приводит к классу задач вертикальной совместимости, а конвергенция сетей доступа требует горизонтальной совместимости. Проблемы вертикальной совместимости обычно связаны с преобразованиями трафика при передаче его в транспортную сеть. Как будет

Рис. 3.43. Требования вертикальной совместимости — преобразования протоколов на пути от клиента ADSL ( LAD ) к узлу транспортной сети ( PE ) показано ниже, принципы функционирования транспортной сети и сетей доступа принципиально отличаются. Сети доступа обеспечивают пользователям доступ к ресурсам NGN , а транспортная сеть должна организовать эффективный перенос трафика, собранного системами доступа. При этом трафик должен унифицироваться, и неизбежно его преобразование в унифицированный формат транспортной сети. Иногда такое преобразование настолько сложно, что приводит к многочисленным проблемам так называемой вертикальной несовместимости. В качестве примера на рис. 3.43 показано последовательное преобразование протоколов данных ADSL / WiMAX в системе объединенной сети доступа, представленной на рис. 3.37. В отличие от простой технологической цепи преобразования данных ADSL , представленной па рис. 3.9, в объединенной сети доступа преобразование намного сложнее. Данные от пользователя объединенной сети ( LAD ) передаются через DSLAM , узел беспроводного доступа ( SS ), узел сопряжения с транспортной сетью ( BS ) к коммутатору сети MPLS (РЕ). Любое нарушение в структуре протокола данных в любом из указанных на рисунке «кубиков» приведет к проблеме вертикальной совместимости в объединенной сети. Аналогично можно выделить категорию проблем горизонтальной совместимости. Здесь также осуществляется преобразование данных из одной технологии доступа в другую. Оно может быть не столь сложным, как па рис. 3.43, но также может привести к взаимным проблемам передачи данных, например связанным с параметрами сетей доступа. Конвергенция различных технологий доступа может привести к необходимости объединения в единую сеть доступа сегментов с разными параметрами качества. Например, в представленном на рис. 3.37 примере обратной конвергенции сегментов WiMAX и ADSL объединение проводных сегментов NGN осуществляется с использованием беспроводной технологии. Но параметры стабильности работы у проводных и беспроводных сетей могут существенно отличаться, поскольку беспроводные сети более подвержены воздействиям внешних факторов (особенностям распространения радиосигнала, интерференции, многолучевого распространения в пр.), В то же время настройки параметров оборудования в сегментах ADSL в соответствии с преобразованием форматов (см. рис. 3.43) может не учитывать быстрого ухудшения качества в сегменте WiMAX . В таком случае в объединенной сети возникнет сбой даже в случае, если совместимость в части преобразования форматов данных будет идеальной. Еще одна проблема горизонтальной несовместимости связана с объединением в конвергентной сети доступа разных технологий. Например, объединение систем доступа, «потолок» которых ограничен скоростью 1...2 Мбит/с, и систем VDSL и FTTx , для которых скорость передачи выше 30...40 Мбит/с, представляется стандартной, по может привести к диспропорции в структуре объединенной сети. Диспропорция связана с тем, что в разных сегментах доступность услуг NGN будет неодинаковой, разными будут также и параметры качества услуг. Диспропорция будет существовать также в структуре трафика, который будет «собирать» такая объединенная сеть и передавать транспортной сети. В случае существенной диспропорции это может привести даже к проблемам вертикальной совместимости. Таким образом, проблемы совместимости представляют собой целый пласт задач, которые будет решать оператор NGN уже в самом ближайшем будущем. Нет сомнения, что по мере ра

Продолжая исследование принципов развития конвергентных сетей доступа, оценим перспективы различных технологий широкополосного доступа в единой объединенной сети доступа. Выше мы говорили о потенциальной доступности технологий доступа в различных районах современных городов. Но доступность вовсе не означает, что услуги доступа будут востребованы. Для развития сетей доступа не менее важным фактором является наличие потенциальных пользователей в зоне покрытия, А это в свою очередь определяется плотностью населения. Во всех моделях развития сетей NGN априори предполагается, что потенциальными потребителями услуг могут быть все жители страны (коль скоро эта страна шагает в сторону ГИО). В таком случае плотность населения соответствует плотности потенциальных потребителей технологии сетей доступа. Исследования, проведенные в [32], дают общие рекомендации о целесообразности использования различных технологий широкополосного д

оступа в городах и сельской местности (рис. 3.42). В исследовании ставился вопрос о соотношения между проводными, беспроводными и спутниковыми технологиями широкополосного доступа. Как следует из рисунка, перспективность различных технологий напрямую зависит от плотности населения. В районах с плотностью населения выше 2000 человек на кв. км наиболее перспективными будут проводные технологии доступа. В районах с плотностью населения от 2 до 2000 чел./км2 можно ориентироваться па беспроводные технологии доступа. В малонаселенных районах с плотностью менее 2 чел./км2 наилучшим решением будет применение спутниковых систем связи. Кстати, приведенные оценки вовсе не отменяют принцип демократичности NGN , а касаются больше вопроса о потенциальной возможности решить проблему «последней мили» каким-то одним классом технологии. Подобные оценки были взяты на вооружение ведущими системщиками развитых стран, в особенности стран с северным климатом и неравномерным распределением населения [24]. К таким странам относятся скандинавские страны, Канада и Россия. Тем более ценной может быть приведенная оценка для отечественных идеологов.

Рассматривая место каждой из технологий доступа в объединенной сети современного города, мы в первую очередь должны обратить внимание на те характеристики, которые определяют ценность технологии. В первую очередь такой характеристикой может выступить размер зоны покрытия услугами отдельной технологии.

Основным назначением любой технологии доступа NGN является подключение потенциальных абонентов сети к транспортным и информационным ресурсам NGN . Как следствие, для любой технологии доступа будет характерен показатель доступности той или иной услуги для использования ее потенциальными абонентами (жителями совре-менных городов или сельской местности). Любая самая перспективная технология не будет иметь никаких шансов на рынке, если она не буд e т доступна абонентам. В разных точках города любая технология доступа может быть более доступной, менее доступной или вообще не доступной. В таком случае мы логично приходим к понятию зоны покрытия услугами отдельной технологии доступа. Причем приведенные выше рассуждения приводят нас к выводу, что зона покрытия услугами как параметр сети доступа будет относиться не только к беспроводным, но и к проводным сетям доступа. Поскольку размер зоны покрытия услугами представляет собой параметр, определяющий относительную ценность разных технологий доступа в объединенной сети, резонно уделить этому понятию особое место. Специфика использования радиосигналов в качестве средства передачи информации потребовала учета фактора распространения электромагнитных волн на местности. Явления отражения, интерференции многолучевого прохождения сигналов и пр. приводили к тому, что в разных районах местности доступность услуг беспроводной связи оказывалась разной. Тогда и возникло понятие зоны покрытия услугами, которая обычно ассоциируется с картой местности с нанесенными на нее уровнями доступности услуг. Жители современных городов, подключая свой мобильный телефон в салопе сотовой связи, могли видеть на стенде яркие карты зон покрытия услугами отдельных операторов районов города и области. Для сотовой связи контроль зоны покрытия услугами тем более важен, что любое подключение новой базовой станции меняет зону покрытия услугами, расширяя ее. Поэтому оптимизация мест размещения базовых станций сотовой связи теснейшим образом связана с контролем текущего состояния зоны покрытия услугами. Из сотовой связи понятие зоны покрытия услугами перешло на все беспроводные системы связи городского уровня ( RadioEthernet , WiMAX TETRA , LMDS и пр.). Места размещения базовых станций, конфигурация трансиверов и настройка диаграмм направленности антенн тесно связаны с зоной покрытия услугами. Планирование развития любой радиочастотной сети доступа неразрывно связано с анализом и прогнозированием расширения зоны покрытия. В качестве наиболее рельефного примера на рис. 3.17 была приведена зона покрытия сети Golden Wi - Fi первого в отечественной практике проекта «сотовизации сетей» Wi - Fi . В соответствии с планами проекта компания Golden Telecom предполагает покрыть услугами своей сети Wi - Fi всю территорию Москвы. Пользователь сети, имеющий встроенный модем Wi - Fi (а большинство современных ноутбуков оснащены такой функцией), может подключиться к сети в любой точке столицы: на переговорах, в клубе, в кафе, на стадионе и т.д. В современной практике при исследовании зон покрытия услугами беспроводных сетей доступа NGN используются даже трехмерные карты, учитывающие рельеф местности. Это особенно важно в тех случаях, когда местность, на которой развертывается радиочастотная сеть доступа, является пересеченной. Высокоэтажное строительство современных городов также может сравниться с изрезанным ланшафтом, поэтому для городов или районов, где много небоскребов, также оказывается перспективным переход к пространственным картам покрытия услугами. Для проводных систем доступа понятие зоны покрытия услугами также имеет место. В качестве примера рассмотрим доступность услуги высокоскоростного обмена данными для абонентов сети ADSL . Как было сказано выше, технология ADSL использует в качестве ресурса для широкополосного доступа существующие абонентские телефонные линии, подключая со стороны пользователя модем ADSL , а со станционной стороны — DSLAM . При этом в технологии ADSL существуют механизмы адаптации параметров качества формируемого канала к параметрам качества телефонной пары. В результате скорость широкополосного доступа зависит от параметров абонентской линии и меняется в широких пределах. Механизм эффективной адаптации ADSL к особенностям состояния телефонной кабельной сети сделали эту технологию одним из самых популярных на данный момент вариантом решения проблемы «последней мили». Но преимущество в части развития технологии оборачивается объективными трудностями технической

реализации. Абонентские кабельные системы операторов создавались более 100 лет в разных технологических и исторических условиях. По этой причине параметры абоненткой кабельной сети каждого оператора являются индивидуальными, а разброс в параметрах абонентских пар слишком велик для того, чтобы можно было гарантировать качество передачи информации без функций динамической подстройки. В результате параметры качества кабельной системы представляются наиболее критичными для функционирования ADSL и выступают слабым звеном этой технологии. Функции адаптивной подстройки ADSL к параметрам кабельной ce ти приводят к интересному эффекту. В случае ухудшения параметров абонентской пары в сформированном канале обмена данными вероятность ошибок не увеличивается, как в системах TDM или HDSL . Вместо этого уменьшается скорость обмена, тогда как параметры качества передачи данных остаются прежними. Чем хуже параметры абонентской пары, тем меньшую скорость оператор может предоставить пользователю. В некоторых исследованиях максимальную скорость в канале ADSL при заданной длине пары считают ресурсом и оценивают потери ресурса из-за различных влияний на параметры кабеля. Таким образом, имеет место объективное уменьшение скорости пе-редачи данных в ADSL по мере удаления пользователя от DSLAM рис. 3.40). Действительно, чем короче абонентская пара, тем большую скорость обмена данными можно реализовать в ней. По мере удаления от DSLAM уменьшается скорость обмена. В результате оператор может говорить о зонах покрытия услугами ADSL разного качества. Соответствующие границы качества будут образовывать на карте сети оператора линии, напоминающие изотермы и изобары, что и представлено на рис. 3.40. В приведенном примере в центральной области могут предоставляться услуги ADSL со скоростью обмена по линии «вниз» более 6 Мбит/с, далее идет область, где предельным значением будет 5 Мбит/с. затем 4 Мбит/с и т.д. Все это создает на карте города области, эквивалентные зонам покрытия услугами беспроводных технологий доступа. Для того чтобы в технологии ADSL изменить зону покрытия услугами, нужно приблизить DSLAM к потенциальным пользователям, что также представлено на рис. 3.40, где показаны несколько удаленных DSLAM , соединенных с узлами связи оптоволоконными линиями связи. Следует отметить, что размер зоны покрытия сети услугами ADSL рассчитывается по средним расчетным параметрам качества. На каждом кабеле достижимая скорость передачи может быть существенно меньше расчетной. Кроме того, расчет максимальной скорости передачи не учитывает индивидуальных влияний на пару со стороны системы связи или внешних факторов. Но в целом приведенная оценка размера зоны покрытия может быть полезна для определения доступности услуги ADSL в современном городе. Подобные расчеты зон покрытия услугами могут быть проведены для других проводных технологий доступа. Например, для широкополосных систем доступа PON / FTTx скорость передачи оказывается не зависящей от состояния кабельной сети. Оптоволоконная сеть этих технологий прокладывается заново, так что состояние новой кабельной сети оказывается близким к идеальному. Но здесь фактором доступности выступает наличие или отсутствие FTTx в том или ином районе города. Так что и в этом случае можно указать зону покрытия (вернее, зону до ступности услуг). Аналогично зоны доступности могут быть построены для систем домового Ethernet , PLC , DOCSIS и пр. Таким образом, любой современный город можно накрыть несколькими областями доступности различных услуг широкополосного доступа (рис. 3.41). Если теперь представить, что все технологии доступа объединяются в единую конвергентную систему доступа, то мы получим многослойное представление о структуре сети доступа города. Поперечные срезы в такой системе над выбранным объектом (жилым домом, бизнес-центром и т.д.) покажут доступность.

Ранее было отмечено, что оператор может применять стратегию разделения всей сети доступа на две части: внутриофисную и внеофисную. Рассматривая технологии HPNA и VDSL , мы говорили о сугубо внут-риофисных системах доступа. В этом разделе рассмотрим несколько решений задачи построения внеофисных систем довольно экзотического характера. До последнего времени одной из доминирующих и перспективных технологий в этой области была технология FTTx / PON . Но существует альтернативное решение задачи внеофисной системы доступа, которое базируется на использовании существующей городской инфраструктуры систем передачи. Речь идет о возможном использовании ресурса систем PDH и SDH . Внутриофисная транспортная сеть может быть построена па основе технологии Ethernet ( LAN ) любого уровня иерархии. Остается соединить внутриофисную LAN с узлом сопряжения с транспортной сетью. Для этой цели могут использоваться новые технологии MAN Ethernet или FTTx / PON , но такие варианты ориентированы на новое строительство. В то же время существует альтернативное решение, если в городе развернута первичная сеть на основе SDH и в этой сети существуют резервные линии. Задача построения внеофисной системы доступа сводится к формированию «виртуального коридора» в виде трафикового капала IP (через шлюз Gigabit Ethernet / NGSDH ) с высокой пропускной способности между офисом и узлом транспортной сети (рис. 3.34). Внутри здания локальная сеть может видоизменяться, вместо стандартных скоростей 10/100 Мбит/с можно использовать технологию Gigabit Ethernet без всякой опасности получить «бутылочное горло» в канале между зданиями, так как размер «виртуального коридора» может гибко изменяться. Системы передачи SDH второго поколения, которые часто называются NGSDH [2], вполне могут справиться с такой задачей, поскольку обладают всеми необходимыми характеристиками для эффективного управления параметрами «виртуального коридора». Обобщая результаты исследования [2]. укажем на несколько свойств NGSDH:

• NGSDH обеспечивает формирование «виртуальных коридоров» в режиме «точка-точка»;
• за счет применения виртуальной конкатенации VCAT пропускная способность «виртуального коридора» может быть практически любой, кратной 2 Мбит/с;

Еще одним игроком па рынке технологий широкополосного доступа является семейство технологий, происходящее из сотовых сетей связи. Эти технологии занимают промежуточное положение. С одной стороны, формально они относятся к технологиям радиодоступа, которые рассматривались в разд. 3.6, поскольку в качестве среды передачи они используют радиоэфир. С другой стороны, в качестве основы для развертывания таких сетей используется существующая инфраструктура сотовых сетей, что роднит данный класс технических решений с рассмотренными проводными технологиями DSL , CATV и PLC . Кроме того, переход от технологии традиционных сотовых сетей, ориентированных на услуги телефонии, к технологии NGN придает этим технологиям свою специфику, так что они должны рассматриваться как отдельное явление и отдельный технически законченный компонент NGN . Развертывание сетей широкополосного доступа на базе сотовых сетей сохраняет все преимущества сетей радиодоступа (широкое проникновение, отсутствие капитальных затрат на абонентскую систему и пр.), более того, используются уже установленные базовые станции и существующая инфраструктура (системы авторизации, биллинга, AAA , сопряжение с сетями общего пользования и пр.), так что капитальные затраты при переходе к NGN составляют только расходы на модернизацию оборудования.

Вместе с тем передача высокоскоростного трафика NGN через сотовые сети пока очень сложна. Долгое время сотовые сети развивались

независимо от традиционных проводных сетей, так что архитектура, принципы построения и т.п. у сотовых сетей существенно отличаются от принятых в технологии NGN . Как следствие, технология доступа на основе сотовых сетей представляет собой отдельный технологический мир, живущий и развивающийся по своим законам. В кратком общем обзоре технологических решений NGN невозможно рассмотреть все нюансы этой технологии, можно лишь порекомендовать читателям ознакомится с монографиями [21-23], Здесь дадим самые общие сведения о развитии, сотовых сетей с точки зрения проблемы доступа. Изоляция технологии сотовых сетей привела к тому, что все обзоры, связывающие технологию сотовых сетей с пакетными сетями, всегда рассматривают проблему со стороны сотовых сетей, и никогда — со стороны NGN . Чаще всего идет речь об историческом развитии сотовых сетей, которое можно разделить условно на четыре поколения (рис. 3.24). Поколение 1 G — это первые опыты предоставления беспроводной сотовой связи. Сюда относятся стандарты AMPS , NTT , NMT и пр. Часто это поколение называют технологией аналоговых сотовых сетей. Поколение 2 G связывают с массовым внедрением сотовой связи, при этом требовалось решать вопросы конфиденциальности, эффективной загрузки спектра и пр. Это ознаменовалось переходом к цифровой технологии. В результате появились стандарты GSM , DAMPS , IS -95, PDC , PHS , CDMA . В процессе развития сетей этого поколения появились дополнительные услуги, связанные с передачей данных — GPRS , WAP , i - mode , EDGE , GERAN . Рис. 3.25. Скорость обмена данными в сетях сотовой связи на рынке Японии Переход к сетям третьего поколения 3 G знаменует переход к концепции NGN , так как здесь впервые было признано, что данные для пользователя важнее телефонного трафика. Как было показано в гл. 1, именно эта идея и лежит в основе идеологии NGN . В результате были разрабо

Еще один метод организации систем доступа NGN , использующий уже существующую инфраструктуру современных городов, — это построение широкополосных систем передачи данных на основе электрической сети, т.е. по силовым кабелям. Такая технология называется Power Line Communication ( PLC ) или просто PowerLine . Идея использовать силовые кабели для создания сетей доступа NGN кажется очень соблазнительной, поскольку такая система накрывает все современные города и проникает вместе с силовыми кабелями к любую квартиру. Жизнь современного человека невозможна без электричества, поэтому силовая кабельная система развернута в любых технологических и жилых помещениях. Технология PLC в таком случае позволяет потенциально проникнуть системе доступа NGN в любую точку, где живут люди. Тем не менее передача данных по силовым кабелям поначалу рассматривалась как экзотический метод, слишком много технических трудностей было на пути развития соответствующих технических решений. У технологии PLC вообще достаточно сложная и переменчивая судьба. Несколько раз ей прочили центральное место в развитии домашних информационных сетей. Потом «забывали» о ней, чтобы по мере совершенствования технологической базы вновь вернуться и провозгласить ее чуть ли не панацеей. Развитие PLC - это череда тактических исследовательских побед и стратегических рыночных поражений. Фактически технология PLC вышла на рынок систем доступа только в начале XXI века с появлением мощных цифровых сигнальных процессоров ( DSP ) и использованием таких способов модуляции сигнала, как OFDM -модуляция ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ), и уже после первой пятилетки развития NGN в мире эта технология рассматривается как весьма перспективный путь развития широкополосных сетей доступа. Несколько лет назад лидеры компьютерной индустрии образовали альянс под названием HomePlug Alliance . Компании-члены занимаются совместным проведением научных исследований и практических испытаний, а также принятием единого стандарта па передачу данных по системам электропитания. Прототипом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon , положенная в основу создания единого стандарта HomePlug 1.0 (принятого альянсом HomePlug в 2001 г.), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мбит/с, что делает системы на основе PLC вполне конкурентоспособными даже при условии доминирования концепции Triple Play . С 2003 г. развитие технологии PLC пошло в направлении создания широкополосных систем доступа NGN . Новая технология, получившая название BPL ( Broadband over Power Line ), уже прошла первые испытания на рынках Америки и Европы. Пользователи BPL отметили высокую скорость передачи данных — свыше 3 Мбит/с, при этом месячная абонентская плата оказалась ниже, чем за существующие широкополосные решения. На повестке дня остались вопросы урегулирования отношений между поставщиками электричества и коммуникационными компаниями. В IEEE (Институт разработчиков в области электроники и электротехники) разрабатывается стандарт для BPL — IE ЕЕ 1675, принятие которого ожидается в 2008 г. В основе функционирования систем PLC лежит использование уже знакомого по технологиям ADSL и CATV принципа частотного разделения сигналов и использования разветвителей (рис. 3.23). Высокоскоростной поток данных разбивается на несколько низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной частоте с последующим

объединением всех потоков в один сигнал. Использование 84 поднесущих частот в диапазоне 4...21 МГц не оказывает влияния на передачу по проводам обычной электроэнергии, поскольку существует огромная разница в сравнении со стандартными 50 Гц электрической цепи. Таким образом, обычная электросеть может одновременно доставлять электроэнергию и данные по одной цени (линии). Существуют устройства PLC , работающие с маломощными абонентскими силовыми сетями (па рис. 3.23 - сети LV ) или с распределительной силовой сетью средней мощности (на рис. 3.23 — сети MV ). Разветвители и оборудование первого типа размещается непосредственно в квартирах абонентов оборудование второго типа — на узлах распределительной сети (трансформаторные будки, столбы электропередачи и пр.), где осуществляется регенерация сигнала передачи данных. Самыми сложными техническими проблемами, связанными с технологией PLC , стали электромагнитная совместимость, электробезопасность и высокий уровень затухания высокочастотных сигналов в силовой сети. Современная технология PLC (и особенно BPL ) позволяют эффективно решить перечисленные проблемы, так что можно ожидать широкое распространение технологии PLC в самое ближайшее время, и сейчас уже никто не рассматривает данную технологию как экзотику. Безусловным достоинством технологии PLC является 100%-ное покрытие потенциальных пользователей. Ни одна другая технология не имеет такого преимущества. В то же время технология PLC является очень молодой и поэтому имеет довольно много недостатков, в частности, несмотря на все обещания, практическая реализация проектов PLC продемонстрировала скорость не более 3...4 Мбит/с, что для современных систем доступа NGN недостаточно. Кроме того, «ахилессовой пятой» технологии PLC является отсутствие на данный момент дешевых абонентских устройств для таких систем. Реализация систем передачи данных по электрическим линиям в России связана с дополнительными трудностями. Прежде всего, по техническим характеристикам отечественные электрические сети отличаются от западных, кроме того, отсутствуют стандарты, определяющие основные параметры систем передачи данных по линиям электропитания. Легко видеть, что все перечисленные недостатки технологии PLC можно списать на болезни роста, так что в будущем эта технология обязательно займет достойное место в демократичном мире NGN .

Еще одним популярным методом построения сетей широкополосного доступа является использование сетей кабельного телевидения ( CATV ). Напомним, что предоставление услуг широкополосного доступа NGN по CATV представляет собой один из методов использования существующей инфраструктуры. Подобно технологии DSL , которая формирует каналы широкополосного доступа по телефонных парам, технология доступа по CATV использует коаксиальные кабели, которые приходят в квартиры потенциальных потребителей услуг NGN . Но если технология DSL сталкивается с необходимостью разработки специальных технических решений, чтобы расширить полосу передачи данных, то в технологии традиционного кабельного телевидения, называемой также технологией высокочастотной передачи ( HFC ), такой проблемы нет. Коаксиальные кабели в CATV , в отличие от витой пары категории 3 и 4 в традиционных телефонных сетях, обеспечивают передачу сигналов в диапазоне до 1 ГГц. Это означает, что CATV технически более приспособлено для широкополосного доступа NGN , чем традиционные абонентские телефонные кабели. Принцип организации передачи информации по CATV аналогичен рассмотренному в разд. 3.3 принципу работы систем ADSL . На абонентской стороне устанавливается разветвитель (сплиттер), который позволяет использовать один или несколько частотных каналов кабельного телевидения для передачи данных. Емкость одного канального интервала позволяет передать данные со скоростью 3 Мбит/с и более. При необходимости можно задействовать большее число канальных интервалов. Появление новых спецификаций стандартов цифрового телевидения DOCSIS v .1.0 и v .2.0 позволило упростить конвергенцию NGN и CATV . В последних версиях стандарта DOCSIS предусмотрены все механизмы для передачи данных по CATV . Системы цифрового телевидения очень близки к современным системам NGN , в которых более 80 % трафика составляют телевизионные программы и другие видеоприложения. Поэтому движение к Triple Play со стороны телевидения имеет много положительных сторон. К недостаткам использования CATV для организации сетей доступа можно отнести отсутствие у операторов кабельного телевидения инфраструктуры, которая позволяет перейти от кабельного вещания к NGN . Если в технологии ADSL вся инфраструктура связи присутствует на узле доступа: здесь есть выход па транспортную сеть, серверы VoIP , подсистема биллинга и пр., то в системах кабельного вещания ничего подобного пет. Центральный узел кабельного телевидения обычно территориально удален от основных узлов операторов связи. Операторы кабельного телевидения не могут, в отличие от операторов традиционных систем связи, опираться па уже существующие компоненты NGN и должны создавать всю структуру управления и предоставления услуг заново.

Несколько особняком от традиционных систем радиодоступа стоят технические решения в области спутниковых широкополосных систем доступа. Связано это с тем, что спутниковые системы вообще технологически дистанцированы от любых проводных решений. Главное преимущество спутниковых систем связи — возможность их развертывания в любой точке земного шара вне зависимости от уровня развития телекоммуникаций в данном регионе.

Принцип работы системы спутниковой связи представлен на рис. 3.21. В основе систем лежит использование геостационарных спутников в качестве радиочастотного ретранслятора и терминалов с малым размером антенны VSAT ( Very Small Aperture Terminal ). Такие системы различаются симметричной и асимметричной схемами обмена данными. До появления концепции NGN , когда самой востребованной услугой была традиционная телефония, на рынке доминировали системы симметричного типа. В настоящее время более 80% всех систем VSAT в мире — это системы, базирующиеся на принципе асимметричного обмена данными в Интернете. Сеть доступа VSAT строится обычно по топологии «звезда». На одну центральную станцию (ЦС) может приходиться до нескольких десятков тысяч терминалов VSAT . Обмен данными в системе доступа осуществляется по двум каналам: по прямому каналу от ЦС к терминалам передается запрашиваемая информация, по обратному каналу — запросы на предоставление информации. Наличие обратного канала делает систему спутникового доступа интерактивной, так как пользователи системы управляют передаваемой информацией со своих терминалов. Существует несколько методов организации обратного канала. Наиболее эффективный метод состоит в том. чтобы в системе связи сформировать низкоскоростные потоки TDMA от терминала к ЦС (каналы 1 на рис. 3.21). При этом для повышения пропускной способности сети используются различные методы организации многостанционного доступа к обратному каналу. Наибольшее распространение получили два метода предоставления каналов по требованию. SCPC ( Single Channel Per Carrier ) гарантирует необходимую пропускную способность канала доступа. За каждой абонентской станцией закрепляется постоянный сегмент спутникового канала, который обеспечивает прямую дуплексную связь между двумя удаленными объектами. В роли удаленных объектов могут выступать как абонентская станция и узел провайдера, так и две абонентские станции. В последнем случае данные передаются непосредственно через спутник, минуя центральный узел провайдера. Данное решение рекомендуется для Интернет-провайдеров и компаний, предусматривающих повышенный уровень загрузки канала по передаче данных, видео- и голосовых сообщений. FTDMA ( Frequency Time Division Multiple Access ) — технология частотно-временного разделения одного канала, между множеством пользователей позволяет более экономично использовать спутниковый сегмент и предлагать заказчикам более конкурентноспособные цены. Системы, в составе которых существует свой обратный капал, часто называются двусторонними интерактивными системами спутниковой связи. Наличие отдельной выделенной подсистемы многостанционного доступа к обратному каналу делает VSAT законченной технической системой, обеспечивающей доступ к сети NGN абонентам спутниковой связи. В общей структуре сети NGN такая система выступает как отдельный технологический элемент. Существует альтернативный метод организации системы доступа, основанный па односторонней связи от ЦС к абонентским терминалам. Такая система связи является более традиционной для технологии спутниковой связи, так как на аналогичном принципе работают все системы спутникового телевидения. Принцип организации связи здесь основан на передаче информации по спутниковому радиоканалу в одну сторону: от ЦС к абонентским терминалам. Задача интерактивного управления передаваемым потоком данных решается наземными средствами. Например, если пользователь уже подключен к Интернету по низкоскоростному модемному соединению, то система VSAT может оптимизировать его работу и сделать полнофункциональным пользователем NGN . В таком случае запросы на предоставляемую информацию будут передаваться на сервер оператора VSAT через низкоскоростное модемное соединение (на рис, 3.21 — каналы 2), а сама информация будет поступать через спутниковый широкополосный канал. Такая схема организации спутниковой связи называется односторонней. Она не является технологически законченным компонентом системы доступа, но может рассматриваться как эффективное дополнение к проводным системам и существенно оптимизировать затраты пользователей. Оба типа систем VSAT получили широкое распространение в мире и в России. К концу 2003 г. в России были развернуты и уже начали функционировать центральные станции сетей VSAT , поддерживающие технологии SkyStar 360Е. LinkStar , DirecWay и DialAwayIP , которые относятся к классу интерактивных систем VSAT и могут рассматриваться как один из вариантов построения систем доступа NGN . Учитывая географические особеннос

Семейство технологий доступа, использующее телефонные абонентские кабели, называют DSL ( Digital Subscriber Loop ) или ЦСПАЛ (цифровая система передачи по абонентским линиям). Схему организации канала широкополосного доступа в оборудовании DSL можно представить так, как изображено на рис. 3.4. Как следует из рисунка, технологически все решения DSL представляют собой замкнутые системы. На концах телефонной линии устанавливаются модемы DSL , которые преобразуют цифровой поток данных в модулированный сигнал. На выходе системы пользователям предоставляются стандартные интерфейсы передачи данных: El , V .35/ V .24, USB или Ethernet . Но внутри области решения DSL разработчик может использовать разные принципы и методы модуляции цифрового сигнала. Таким образом, за исключением некоторых технологий ( ADSL , ADSL 2+, VDSL ), в технологии DSL совместимость модемов не требуется. В [18] технологии DSL были классифицированы по различным принципам, заложенным в основу технических решений. Для нашего исследования нет необходимости погружаться в проблематику столь глубоко. Достаточно заменить, что все решения DSL делятся на симметричные и асимметричные. Технологии IDSL , HDSL , SDSL , MDSL , G . SHDSL . Данные технологии симметричного доступа широко используют для цифровизации старых аналоговых систем передачи. Для работы оборудования необходимы одна или несколько телефонных пар, а на выходе формируется симметричный канал (обычно Е1 — 2048 кбит/с) (рис. 3.5). Первой технологией симметричного доступа DSL , получившей распространение в России, стала технология HDSL [5, 18, 19]. В этой технологии предусматривалось использование от одной до трех телефонных пар для формирования симметричного цифрового капала разной пропускной способности (рис. 3.6).

Как следует из «пожарной ситуации», когда все средства хороши, классификация технологий доступа, определяется средами передачи сигналов, которые имеются в активе у оператора. Начнем с технических систем, с помощью которых можно организовать доступ в квартиры потенциальных пользователей:

• телефонные пары — до большей части потенциальных абонентов;
• сети кабельного телевидения;
• электрическая силовая сеть — до всех абонентов;
• ресурсы традиционных цифровых систем передачи, хотя здесь доступ в квартиру придется организовывать заново;
• сотовые сети, поскольку зона охвата сотовой связи включает весь квартирный и даже сельский сектор.

Помимо имеющихся сред передачи, всегда существует возможность развернуть новые сегменты абонентских кабельных сетей. Новое строительство не может быть универсальным решением проблемы обеспечения широкополосного доступа, но закрыть проблемы в некоторых сегментах сети вполне возможно. Из новых технологий доступа, которые требуют капитального строительства, можно указать па следующие:

• прокладка оптических абонентских кабельных сетей;
• развертывание радиочастотных систем широкополосного доступа во всех диапазонах спектра и с использованием разных технологий;
• развертывание систем доступа на базе технологии Ethernet .

Все три рассмотренных выше варианта имеют свои плюсы и минусы. Несомненным преимуществом радиочастотных систем доступа NGN является оперативность развертывания. Поскольку радиочастотные системы не связаны с необходимостью прокладки кабельных сетей до абонента, то начальные затраты на развертывание таких систем невелики. В то же время их развертывание связано с необходимостью получения разрешения па использование определенного диапазона частот. В большинстве случаев у систем радиочастотного доступа имеются ограничения по количеству абонентов в сети и по скорости передачи данных от каждого абонента. Чаще всего технология радиочастотного широкополосного доступа выступает как один из методов захвата рынка. Она позволяет быстро развернуть сегменты сетей доступа с широким покрытием территории городов или сельской местности и собрать с этих территорий трафик NGN . Современные кабельные сети доступа ориентированы на прокладку оптоволоконного кабеля до абонента (концепция FTTx ). Преимуществом оптического кабеля является то, что он фактически не имеет ограничений по скорости передачи данных от абонента. Недостатки решения — необходимость использовать на уровне клиентов сети дорогие оптоэлектронные преобразователи и высокая общая стоимость реконструкции абонентской кабельной сети. Разработанная первоначально как технология локальных вычислительных сетей (ЛВС), технология Ethernet быстро захватила рынок клиентских и корпоративных решений, так что в настоящее время более 90% всего трафика NGN — это трафик Ethernet . По этой причине появилась стратегия расширения сетей Ethernet до уровня местных, городских и даже междугородных сетей. Технология Ethernet и ее развитие — Gigabit Ethernet сейчас стали не только технологией доступа, по и охватывают технологию транспорта. Преимуществом такого решения является его масштабируемость. Недостаток решения связан с затратами на новое строительство и необходимостью построить заново абонентскую кабельную сеть на основе витых пар или оптического кабеля. Итак, у оператора, решающего в пожарном порядке проблему «последней мили», имеются две альтернативы:

• использовать тс ресурсы, которые имеются на сети, т.е. технические системы, которые уже проложены до квартир потенциальных пользователей;
• строить абонентскую кабельную сеть заново, используя один или несколько из трех перечисленных выше решений.

Первое решение является временным, поскольку рано или поздно оно перестанет удовлетворять требованиям пользователей по скорости передачи данных. Но это решение позволяет уже через несколько месяцев предоставлять услуги NGN . Второе решение может рассматриваться как перспективное, но требующее серьезных затрат времени и средств. Как следствие, в большинстве случаев на сетях используется несколько решений.

Выше было показано, Что каждое техническое решение имеет свои преимущества и недостатки. Это позволяет технологиям сосуществовать в соответствии с принципом демократичности NGN . Более того, технологии доступа конкурируют между собой за трафик клиентов NGN . Обычно пользователь выбирает одну из возможных технологий широкополосного доступа. Установив в квартире ADSL , он, как правило, не будет устававливать терминал WiMAX и т.д. Технологии уровня доступа NGN можно классифицировать так, как показано на рис. 3.3. Рассмотрим кратко некоторые наиболее популярные технологии.

Сети доступа всегда создаются «по месту» и обеспечивают широкополосный доступ пользователя к NGN . Современное программное обеспечение позволило реализовать все современные услуги в одном компьютере, до предела сузив задачу, возлагаемую на сети доступа. Иначе говоря, если современный компьютер представляет собой мультисервисный терминал, то единственная задача, которая может быть у сети доступа — подключить терминал к ресурсам транспортной сети и обеспечить высокую скорость обмена данными и относительно хорошие параметры качества ( QoS ). По сути это означает, что сети доступа должны создавать широкую «трубу» от терминала пользователя в транспортную сеть. Такая «труба» называется каналом широкополосного доступа. Понятие «широкополосный доступ» является довольно размытым и эволюционирует с течением времени. Несомненно можно утверждать, что широкополосный доступ — это подключение абонента со скоростью обмена выше, чем в технологии ISDN , т.е. выше 128 кбит/с. Какую именно скорость доступа ожидает пользователь, определяет текущее развитие рынка технологий и, в первую очередь, новых услуг. Например, концепция Triple Play , которая сейчас начинает внедряться па сетях развитых стран, существенно увеличивает ожидаемую скорость в канале доступа. Оценка, сделанная в [16] (рис. 3.1), показывает, что в настоящее время в Европе скорость доступа, востребованная обычными потребителями, составляет около 300...400 кбит/с, тогда как активные пользователи ориентируются па скорость в несколько Мбит/с. В [15] дана оценка динамики развития сети доступа. Оценки отечественных экспертов, прозвучавшие на конференции Comtek -2006 в Москве, совпадают с общемировыми. На конец 2006 г. популярным каналом широкополосного доступа в России можно было считать канал в 250...300 кбит/с.

Рис. 3.1. Оценка востребованной скорости широкополосного доступа в Европе для обычных (1) и активных (2) пользователей Таким образом, сети доступа NGN развиваются как технологии обеспечения высокоскоростных каналов передачи данных, причем по мере развития сетей нового поколения ожидаемая скорость доступа растет экспоненциально.

Существует противоречие между ожиданиями пользователей и возможностями операторов, которое и повлияло на многообразие технологий доступа в NGN . Абонентские сети, которые создавались для традиционной телефонной сети в разных странах в течении более 100 лет, не проектировались для обеспечения широкополосного доступа. Технология ISDN являлась последней технологией в мире, которая позволяла предоставить всем пользователям телефонной сети канал до 128 кбит/с без необходимости коренной модернизации абонентской кабельной сети. Требование большей скорости абонентского доступа неизбежно вызвало техническую проблему. С одной стороны, без коренной модернизации существующей абонентской кабельной сети предоставить пользователю капал до 1 Мбит/с оказывается невозможным. С другой стороны, у операторов нет времени в 20...30 лет на коренную реконструкцию абонентской инфраструктуры. Это противоречие определило стратегию развертывания сетей доступа по принципу действий пожарной команды: для того чтобы подключить пользователя к сети NGN и обеспечить ему широкополосный доступ, вес средства хороши. Одновременно бурно развиваются транспортные сети. И в этой ситуации проблема «последней мили» оказывается одной из самых болезненных. Все, что имеется в активе операторов связи: радиочастотные системы передачи, абонентские металлические кабели, оптические кабели, цифровые системы передачи и даже спутниковые каналы, - все это используется в качестве средства для решения проблемы «последней мили». Следствием этого является огромное разнообразие решений на уровне сетей доступа и бурное развитие этого сегмента телекоммуникаций в настоящее время, которое станет темой этого раздела. Высокая динамика развития технических решений в части технологий сетей доступа также является следствием «пожарной ситуация». Вполне естественно, что если появляется технология, которая эффективнее «тушит пожар», то все предыдущие технологии заменяются на новую. Поэтому время жизни технологии доступа на рынке оказывается очень малым. Иногда технология устаревает уже через 1...2 года после своего появления на свет.

В этом разделе рассмотрим созвездие технологий NGN *, которое целесообразно привязать к модели SCTA , предложенной в разд. 1,3.4. В современных телекоммуникациях более привычной является эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI , которая предусматривает разделение процесса передачи данных на семь уровней: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представления и прикладной. Классификация элементов систем на основе этой модели упрощает рассмотрение вопросов взаимодействий и логических построений, поэтому ее можно встретить практически во всех монографиях, учебных изданиях или аналитических обзорах.

Термин «созвездие технологий» часто применяется в связи с конвергенцией сетей, когда невозможно рассматривать систему связи сквозь призму одной технологии. Следует отметить, что в последнее время отношение к модели OSI несколько изменилось. Развитие технологий на основе IP привело к постепенному переходу от семиуровневой к пятиуровневой модели, поскольку три верхних уровня: сеансовый, представления и прикладной в современном оборудовании практически неразделимы. Таким образом, в пятиуровневой модели остались физический, канальный, сетевой, транспортный и уровень приложений (прикладной уровень). Резонно задаться вопросом, так ли нужна четырехуровневая модель SCTA для описания технологий N GN и пет ли здесь дублирования с моделью OSI или пятиуровневой моделью. При ближайшем рассмотрении оказывается, что между моделями SCTA и OSI нет противоречий. Наоборот, эти модели взаимно дополняют друг друга. Модель SCTA указывает па местоположение технологии в общей структуре NGN , а модель OSI рассматривает внутреннюю структуру технологии (рис. 2.29). Например, согласно модели SCTA технология ADSL 2+ относится к технологии доступа, а в модели OSI занимает физический, канальный и сетевой уровень. При изучении ADSL 2+ как технологии лучше пользоваться моделью OSI , но для изучения места технологии ADSL 2+ в общей концепции NGN лучше использовать модель SCTA .

Изобретение компьютера и уменьшение размера и стоимости процессоров произвели революцию в современной технике, по масштабам вполне соответствующую сдвигу парадигмы современной цивилизации. В настоящее время микроконтроллеры входят в состав как бытовых приборов и детских игрушек, так и сложных технологических систем. Не осталось в стороне и оборудование NGN : количество микропроцессоров в современных устройствах связи исчисляется не десятками и сотнями, а тысячами. Многие функции систем связи реализованы на одном микроконтроллере, существуют однопроцессорные коммутаторы Ethernet , ава-"латоры протоколов, модемы ADSL , Wi - Fi и пр. Даже такие функции, как коммутация пакетов, фильтрация, преобразование сигналов и другие, выполняются отдельными процессорами. Пример 2.23. Устройство DSLAM . В технологии широкополосного доступа ADSL 2+ мультиплексирование трафика выполняет станционное устройство DSLAM ( DSL Access Multiplexer — мультиплексор доступа DSL ). Обмен данными здесь представляет собой сложный многоуровневый процесс, который будет отдельно исследован в гл. 4. В этом процессе DSLAM выполняет восстановление данных из кадров ADSL и формирование потока ячеек ATM . В современной концепции NGN технология ATM сохранена только как служебная, ячейки ATM преобразуются в более привычные для современных сетей пакеты данных, передаваемые по протоколу TCP / IP . Для этой цели в цепь абонентского доступа включен сервер широкополосного удаленного доступа ( Broadband Remote Access Server , BRAS ). Это устройство представляет собой краевой маршрутизатор IP для интеллектуального управления широкополосным доступом. BRAS позволяет управлять параметрами трафика от пользователей ADSL на уровне канала передачи данных пакетного трафика. В ADSL 2+ функции DSLAM и BRAS объединены в одном оборудовании, так что ячейки ATM обрабатываются всего лишь несколькими модулями внутри DSLAM . Только вследствие большого количество процессоров архитектура оборудования NGN не была бы столь сложной, не будь внутри микроконтроллеров программного обеспечения (ПО). Изменение программного кода меняет функции микропроцессора и тем самым изменяет рабочие характеристики оборудования. Поскольку объем ПО постоянно растет, практически невозможно исключить вероятность возникновения ошибок. Несмотря на то что современные средства отладки оптимизируют поиск ошибок, часть из них в качестве скрытых дефектов присутствуют в новом оборудовании. В конечном счете это приводит к нарушениям в работе оборудования и несоответствию оборудования заявленным характеристикам. Тем более это проявляется для новейшей технологии, когда в полевых условиях оператор вынужден проводить обновление программного обеспечения. Пример 2.24. Риск использования автоматических процедур обновления программного обеспечения. Загруженная в одно из устройств сети новая версия программного обеспечения затем рассылается другим устройствам. Несомненным преимуществом такой процедуры является оперативность замены нового ПО, поскольку существует опасность, что сетевые элементы с разным ПО могут начать конфликтовать друг с другом и тем самым нарушают работу сети. Однако эта же процедура может нанести урон оператору. Например, несколько лет назад в Европе имел место случай загрузки дефектного программного обеспечения на DSLAM в сети, которое привело к блокировке абонентских подключений. D результате оператор в течение нескольких часов потерял всех подключенных абонентов на сети. Восстановление исходной конфигурации потребовало больших усилий и заняло более суток. Этот пример показывает влияние адаптивных алгоритмов на работу сети: с одной стороны, такие алгоритмы могут оптимизировать работу, с другой — есть опасность радикального сбоя в сети. Оператор ADSL извлек урок из сложившейся ситуации и создал лабораторию входного контроля, в которой теперь проверяются новые версии ПО до того, как непосредственно внедрить их на сети. Все перечисленные факторы (большое количество процессоров, объем программного обеспечения, вероятные сбои в сети, вызванные программным кодом, и пр.) влияют на процессы диагностики устройств NGN . Наличие скрытых дефектов в оборудовании, исключить которые практически невозможно, делает поведение устройств лишь относительно предсказуемым. По этой причине устройство NGN должно рассматриваться как «черный ящик», поведение которого в общем случае неизвестно оператору. Работоспособность оборудования должна проверяться в различных ситуациях, которые могут встретиться на сети. Для этого, в ч

В отличие от общей теории информации, нелинейная динамика и тесно связанная с ней теория динамического хаоса имеют практическое значение и уже поэтому широко применяются в исследовании NGN . Сфера исследования нелинейной динамики связана с изучением принципиально неравновесных систем, т.е. систем открытого типа. В таких системах происходят процессы экспорта/импорта энтропии и информации, а их поведение может быть очень сложным.

Это явление получило название эффекта «ускользающей технологии». Ниже оно будет исследовано детально. Единственный путь выхода из методического тупика «ускользающей технологии» является использование явления самоорганизации. эта связь должна быть нелинейной. В этом случае ее поведение становится чрезвычайно сложным и даже непрогнозируемым вне зависимости от того, какую простую структуру имеет сама система. Обычно нелинейно-динамические модели систем задаются не аналитическими формулами, а реккурентными соотношениями вида Zn +1 = f ( Zn ), а значение функции может быть получено только после ряда итераций. В результате поведение функции может быть чрезвычайно сложным. Пример 2.21. Множество Мандельброта. Это множество представляет собой один из самых простых фракталов (геометрических объектов дробной размерности). Оно отражает множество устойчивых решений уравнения Zn +1 = Z 2 n + С в комплексных числах. Вполне понятно, что при условии N —> оо решения вида Z << 1 будут устойчиво сходится к 0, тогда как при Z >> 1 будут стремиться в бесконечности. Множество Мандельброта показывает границу устойчивости решений уравнения при различных значений константы С. На рис. 2.26 показано, насколько сложной может быть такая граница, длина которой бесконечна. Более того, множество является самоподобным, т.е. по мере увеличения масштаба различные части множества повторяют структуру исходной фигуры и ее частей. Именно такие самоподобные множества стали называться фракталами. Изобретатель фракталов, математик Бенуа Мандельброт, рассматривал фракталы как способ представления математической бесконечности. Говоря о революции в области геометрии, Мандельброт резонно замечал, что традиционная геометрия с ее правильными фигурами и абстракциями очень далеко отстоит от реального мира. Благодаря фрактальной геометрии можно описать такие объекты, как турбулентные потоки, дым, кровеносную систему и легкие человека, крону дерева, волну на поверхности моря и пр. Н

Рассмотрев общую философию построения транспортной сети на основе технологии IP, перейдем к исследованию этой технологии. Исторический путь развития технологии IP указывает на то, что мир этой технологии является очень разнообразным и динамичным. В нем присутствуют самые разные концепции и технологии, часто даже взаимно-конкурентные решения. Поэтому сделать короткий обзор этой технологии, запланированный в этой главе, представляется непростой задачей. Для понимания принципов функционирования сетей на основе IP целесообразно использовать несколько ключей к пониманию этой технологии. Следовательно, в системе остается возможность для непредсказуемого поведения. Исследуя технологии контроля сетей NGN , мы вольно или невольно погружаемся в исследование меры хаотичности поведения сети и меры нашего незнания о ней. Явление самоорганизации, исследуемое в общей теории информации, по-разному проявляется в технологии NGN . Вообще слова «синергетика» или «синергетический эффект» в последнее время употребляются к месту и не к месту. Обычно считается, что объединение некоторых частей (систем, компаний, капиталов и пр.) приводит к появлению синергетического эффекта. Выше уже говорилось, что с точки зрения теории информации это далеко не так. Простое объединение и даже уменьшение меры хаоса системы могут не привести к процессам самоорганизации, или синергии. В то же время самоорганизация оказывается очень важной при рассмотрении методов управления и контроля NGN . Для этих сетей характерен парадокс, согласно которому сеть не может быть полностью подконтрольной. Единственным методом организации контроля в NGN является внешний контроль с алгоритмами адаптации, о которых также говорилось выше. В таком случае в рамках системы контроля возникает эффект самоорганизации системы, так что синергетика может служить решением практических задач. Применение тезиса о ценности информации применительно к технологии NGN вряд ли целесообразно. Системы NGN выполняют в ГИО прикладные задачи, а именно обеспечение передачи, приема и преобразования информации. Вопрос о ценности этой информации выходит за рамки технологии NGN и является той границей, которая отделяет техническое знание от гуманитарного.

Рассмотрение внутреннего строения транспортной сети NGN начнем с исследования вопроса о едином транспорте данных. Идея транспортной сети как элемента NGN, обеспечивающего передачу данных любого формата, неизбежно требует унификации данных. Разнородные данные от разных сетей доступа целесообразно сначала преобразовать в единый формат, а затем передавать их средствами транспортной сети. Идея унификации формата данных оказывается близкой к идее унификации каналов первичной сети, которая в свое время позволила создать каркас для традиционных сетей связи. Требование совместимости различных вторичных сетей друг с другом потребовано стандартизации сети с коммутацией каналов. Появился единый банк каналов и сформировалась концепция первичной сети. Точно так же требование совместимости различных сетей доступа при их работе через транспортную сеть приводит к необходимости стандартизации формата пакетных данных, что и составляет одну из основ этих сетей. С начала 90-х годов началось противостояние двух технологий транспортной сети — ATM и IP. Сейчас это противостояние стало достоянием истории, но в свое время вокруг него кипели страсти. Цена вопроса была высока — мировая индустрия делала выбор стандарта унификации пакетного трафика. Два совершенно разных стандарта и стратегии единого транспорта боролись за право на жизнь. Технология ATM была предложена как плановое развитие больших сетей. Б качестве принципа маршрутизации в технологии ATM использовался принцип виртуальных каналов, отработанный на сетях Х.25 и Frame Relay. Пакетные данные преобразовывались в ячейки фиксированного размера. Были разработаны стандарты коммутации ячеек, политики в области обеспечения качества, предоставления различных услуг и пр. Стратегия развития ATM предусматривала направление развития «сверху». Предполагалось провести модернизацию сетей, а затем постепенно доводить технологию ATM до оконечного пользователя. Альтернативным подходом явилась идея транспорта на основе дейтаграмм IP. Здесь была предложена идея использовать в качестве единого стандарта дейтаграммы переменной длины со множеством заголовков. Принцип маршрутизации трафика ориентировался на индивидуальную передачу дейтаграмм. При этом развитие технологии IP шло по стратегии «снизу», так как эта технология к началу противостояние фактически победила в сегменте оконечного оборудования, локальных и офисных сетей. Соответственно развитие технологии шло от оконечных устройств к транспортном сети. Нет смысла исследовать причины, по которым в результате противостояния победила технология IP. Исследователи часто приводят объективные недостатки ATM (сложная процедура обслуживания трафика. высокая стоимость оборудования, отсутствие гибкости и пр.) и субъективные причины поражения этой технологии (заговор компаний во главе с Cisco, отсутствие гибкой маркетинговой политики у больших операторов и т.д.). Сейчас не столь важно понимание причин победы технологии IP, сколько само признание этого факта. В конце концов, в мире могла победить только одна технология единого транспорта, только так можно построить каркас единой пакетной сети. То, что такой технологией стала IP, — это всего лишь страница современной технической истории. В настоящее время никто не сомневается в окончательной победе IP в качестве стандарта единого транспорта пакетного трафика. Эта победа была подтверждена двумя основными сторонниками технологии ATM — компаниями Alcatel и Nortel, когда несколько лет назад они официально объявили о прекращении производства компонентов магистральных сетей ATM. Таким образом, если мы говорим о современной концепции единого транспорта пакетных сетей, то однозначно имеем в виду технологию IP и ее окружение. Однако если рассмотреть технологию IP, нельзя не учитывать некоторые исторические особенности ее происхождения, которые не могли не сказаться на ее развитии. Часто эксперты в области современных систем связи говорят о «родовой травме» технологии IP и утверждают, что технология IP произошла из среды студенческих локальных сетей и логично «унаследовала определенный уровень разгильдяйства и волюнтаризма», который присущ студенческому сообществу*. В результате некоторые особенности IP как технологии единого транспорта выглядят на первый взгляд как существенные недостатки. Например, в этой технологии не существует механизмов гарантированной передачи данных между двумя точками сети. Политика качества (QoS), которая входила в сос

тав технологии ATM, позволяла гарантировать определенный уровень потерь пакетов, задержки и т.д. для разных категорий трафика. Ничего подобного в технологии IP нет, и в процессе разработки технологий на базе IP пришлось создавать новые и новые технические решения, чтобы «снизу» довести уровень качества в сети IP до уровня, который технология ATM предлагала как само собой разумеющееся. Сложность и разнообразие решений в области технологии IP часто рассматриваются не как достоинство, а как недостаток, связанный с необходимостью приспособить изначально порочную технологию к реальности не использования в транспортной сети NGN. Существует много других сомнений в эффективности IP как транспортной технологии. Иногда даже говорят о деструктивном заговоре нескольких производителей оборудования во главе с Cisco. Якобы эти компании путем удачного маркетинга и политических интриг добились удушения конкурирующей технологии ATM, а сами предложили некорректное решение. Оставив в стороне домыслы об ошибке истории и идею «масонского заговора», попробуем честно взглянуть на развитие технологии IP и выяснить, имеется ли обозначенная проблема «родовой травмы». Действительно, технология IP и ее технологическое окружение возникли из студенческих сетей, в которых присутствовал определенный дух свободы и вседозволенности. Алгоритмы маршрутизации IP, схемы обмена данными, системы сигнализации и т.д. отрабатывались на прототипах студенческих сетей стоимостью в сотни и тысячи долларов. Но этот факт как раз и позволил быстро разработать основы технологии и адаптировать ее к любым особенностям использования в качестве единого транспорта передачи данных. Дух свободы и творчества в области принципов построения сетей передачи данных на основе IP заразил многие университеты в 70-90-е годы. Тот факт, что для отработки даже самых сложных моделей работы сети оказалось достаточно использовать несколько студенческих компьютеров, объединенных в локальную сеть, и при этом решать стратегические вопросы функционирования сетей, оказался настолько привлекательным, что он привел к резкому росту интереса к технологии IP со стороны научного сообщества. В результате количество талантливых специалистов, которые работали над технологией IP, оказалось па порядки больше, чем количество разработчиков технологии ATM, развиваемой кулуарно в лабораториях крупных компаний-производителей. Как следствие, уровень проработанности концепции IP оказался выше, а решения на основе IP обладали самой высокой гибкостью, что особенно важно в условиях формирования и бурного развития концепции NGN. Следует отметить, что дух демократичности, который пронизывает всю концепцию NGN снизу доверху, как нельзя лучше соответствует концепции технологии IP. Разные научные школы, лаборатории, университеты, внесшие вклад в развитие современной технологии IР, разрабатывали порой самые противоречивые концепции маршрутизации, сигнализации, коммутации и пр. И весь этот опыт вошел в технологию, сформировав уникальный демократичный мир технологии IP. Как было показано в главе 2, именно демократичность отличает современные сети NGN. Возможно, что победа технологии IP над ATM была обусловлена еще и тем, что технология IP с ее противоречиями, альтернативными решениями и пр. эффективно вписалась в модель сетей NGN и стала действительно основой современных пакетных сетей. Поэтому нельзя осудить одно из мнений о том, что современные сети NGN — это сети па основе технологии IP. Такое суждение имеет право на жизнь не только как отражение демократичности концепций NGN, но и как отражение уникальной роли IP как единого технологического и концептуального каркаса современных сетей нового поколения. Поэтому суждения о «родовой травме» едва ли являются конструктивными на современном этапе развития технологии транспортных сетей. Они могли иметь место на этапе противостояния ATM и IP. Сейчас связная отрасль находится на другом этапе. Технология IP вошла в стандарты NGN в качестве единого формата унифицированных данных и вошла настолько глубоко, что стала равнозначна самой технологии NGN. Можно сказать, что вызов со стороны NGN был принят разработчиками IP, и именно эта технология оказалась максимально удобной в качестве каркаса современных сетей. На этом основании она победила и продолжает развиваться всем связным сообществом.

После детального исследования технологий уровня доступа в модели SCTA. поднимемся на один уровень вверх, к технологиям транспортной сети. В гл. 1 и 2 было показано место транспортной сети в архитектуре современных сетей NGN. Кратко перечислим сформулированные выводы. Транспортная сеть является развитием первичной сети при переходе от коммутации каналов к коммутации пакетов. Транспортная сеть является каркасом современной сети NGN. Она представляет собой средство для соединения пользователей и приложений. В первичной сети основная функция сводилась к образованию стандартного аналогового или цифрового канала между двумя точками сети, а транспортная сеть формирует капал передачи данных между двумя точками подключения пользователей NGN. Аналогия между транспортной сетью и первичной сетью присутствует также в механизме связей между пользователями (см. рис. 1.3 и 1.6). Несмотря на единство принципов работы транспортной сети и первичной сети. NGN привносит свою специфику:

• вместо типового канала первичной сети используется какал передачи данных, который может быть установлен на основе технологии «виртуального канала», или «виртуальной трубы» в случае использования принципа дейтаграммой передачи (см. пример 2.7); эти пока размытые понятия ниже будут уточнены;

• в сети могут присутствовать как соединения «точка-точка», что может трактоваться как канал, так и соединения «точка-многоточка» и даже «многоточка-многоточка», что нельзя уже рассматривать как канал;

• «виртуальные трубы» могут быть симметричными и ассиметричными по объему передаваемого трафика; допускается также режим однонаправленной передачи (симплексный канал). 5. В отличие от сетей доступа, которые разворачиваются «по месту», транспортная сеть строится запланировано, в соответствии со стратегией развития оператора.

Перечисленные выводы могут быть дополнены. Напомним, что одна из возможных точек зрения на транспортную технологию состоит в том. чтобы понять, насколько эффективно она может собрать трафик широкополосного доступа. Отсюда следует зеркальный взгляд па технологию транспортных сетей: это технология, которая позволяет перераспределять по сети собранный сетями доступа трафик. На рис. 4.1 представлена модель функционирования транспортной сети, согласно которой потребителями ресурсов транспортной сети являются сети доступа. Сети доступа собирают трафик от пользователей NGN и взаимодействуют друг с другом через транспортную сеть. Из этой модели мы получаем самый важный вывод, определяющий ценность технических решений в области транспотных сетей: Основное назначение транспортной сети заключается в обслуживании трафика данных NGN. Для обслуживания трафика транспортная сеть должна обеспечивать следующие процедуры, принятые в NGN: распределение трафика, выравнивание нагрузки, маршрутизацию трафика, по связям различной топологии («точка-точка», «точка-многоточка» и пр.), дублирование трафика, мультиплексирование (объединение) и демультиплексирование (разделение) и т.д. Чем успешнее обслуживает технология транспортной сети пакетный график, тем эффективнее техническое решение. Именно такой критерий эффективности будет принят в этой главе в качестве основного при сравнении различных технологий. Облако транспортной сети. В конце 80-х годов на отечественные экраны вышел научно-фантастический фильм «Через тернии к звездам». Фильм был очень популярен в свое время, так что многие читатели может быть помнят образ биомассы, которая была показана в этом фильме. Про нее в фильме говорилось очень мало, разве только то, что это строительный материал для будущего «идеального человека». Она живая, но лишена интеллекта. На экране был показан этакий живой кисель довольно противного цвета, покрытый пеной. В финале фильма биомасса вырвалась из своего хранилища, но благодаря мужественным действиям совместного отряда землян и инопланетян была успешно нейтрализована. Так вот, часто новые технологии, сети и сегменты сетей напоминают такую биомассу. И особенно глубоко ассоциации с этим образом возникают при знакомстве с современными технологиями пакетных транспортных сетей. Действительно, читатели, надеюсь, уже привыкли к схемам, на которых присутствует «облако» транспортной сети, как на рис. 1.6, 2.2 и многих других. Но при детальном рассмотрении это облако очень похоже на биомассу из фантастического фильма. О