Сети Нового Поколения

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

Со времени определения информации Шенноном теория информации прошла довольно длинный путь и привела к сложной и полезной современной теории. Поэтому рассмотрим некоторые достижения этой теории, которые будут нам полезны в практическом исследовании NGN. Теория информации вводит понятия информации как меры порядка и энтропии как меры хаоса в современном мире. Энтропия системы является по своей сути величиной, обратной информации. Любые объекты и системы являются не только потребителями и генераторами энергии, но также импортерами и экспортерами энтропии. Максимальная энтропия соответствует полностью равновесному состоянию. В системе, которая отдает энтропию, увеличивается мера порядка и наблюдается явление, которое получило название синергетики или самоорганизации. Экспорт энтропии равносилен импорту информации. Таким образом, для возникновения самоорганизации необходимым условием является поступление в систему информации со стороны. Замкнутой системой называется система, предоставленная самой себе, т.е. система, на которую не оказывается никакого внешнего воздействия. В замкнутых системах энтропия возрастает, так что по мере развития система приходит к состоянию максимальной энтропии. Такой закон называют вторым началом термодинамики. Замкнутая система стремится к равновесию. Если система незамкнута, в ней не обязательно действует закон увеличения энтропии. Энтропия может уменьшаться, так что система, может выступать как экспортер энтропии. В мире не существует полностью замкнутых систем. Дискутируется вопрос о том, является ли все мироздание замкнутой или открытой системой, но внутри мироздания замкнутых систем нет, и это даст основание говорить о том. что наш мир — принципиально неравновесная система, а само понятие равновесия рассматривается только как временная фаза развития. В последнее время, стремясь в рамках общей теории информации объединить естественные и гуманитарные дисциплины, был выдвинут тезис о ценности информации. Ценность информации определяется применительно к процессам самоорганизации. Согласно этому тезису не любая информация, поступающая в систему, вызывает процессы самоорганизации, а только определенная информация, имеющая ценность для данного процесса. Последние достижения общей теории информации связаны с привлечением к нее квантовых принципов. Например, до последнего времени материалистическая теория эволюции объяснялась с точки зрения теории информации как отражение процесса самоорганизации. Привнесение идеи ценности информации привело к радикальному пересмотру теории эволюции, в результате возникла теория квантовой эволюции, в основе которой лежит идея о том, что эволюция двигалась не постепенно, а скачками, так что, например, вечером ящер ложился спать, а наутро у него уже отрастали крылья. И хотя идеологи квантовой эволюции еще .умудряются цепляться за атеизм, их аргументы все менее логичны. В какой степени могут пригодиться перечисленные тезисы в исследовании технологии NGN? Прежде всего, философия NGN базируется на понятии информации. Если в традиционных системах связи преобразование информации ограничивалось только аналого-цифровым преобразованием, то в NGN, особенно на уровне услуг, инженеры имеют дело с различной информацией: данные, речь, видео, телеметрия и пр. Поскольку технология NGN объединяет все уровни современной модели открытых систем OSI, то для исследования сетей нового поколения оказывается важным учесть разноплановость передаваемой по ним информации. 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 по

Чтобы глубже понять механизм изменения современной технологии NGN, рассмотрим модели, которые описывают поведение технологии

в рыночном пространстве, и исследуем явления, которые сопровожда,-ют развитие технологии. Для этого применим разработанный автором подход [1, 5], предлагающий рассматривать развитие технического прогресса в системах связи в виде пространства, где рождаются, развиваются, конкурируют и умирают отдельные технологии систем связи. Согласно этому подходу под технологией понимается совокупность технических средств, методов (навыков) их использования и пр., или, иными словами, набор технических решений. В таком определении в зависимости от того, насколько одни технические решения будут лучше других, можно говорить о сравнительной эффективности разных технологий. Уровень знаний о технических решениях будет отражать уровень знаний о технологии и т.д.

Э волюцию традиционных технологий до NGN, в том числе телекоммуникационных, можно представить в виде волн. «Волновая» теория развития технологии наиболее полно отображает процессы смены технологий и подтверждена на практике. Суть этой теории проста: любая технология постепенно приходит на рынок, достигает своего максимального распространения и также постепенно уходит с рынка. Применительно к эволюции развития телекоммуникаций ряд зарубежных источников предлагает различные прогнозы. В качестве примера на рис. 2.20 показана эволюция сетей передачи данных применительно к рынку США, как она виделась в начале 90-х годов, до появления решений NGN. Согласно «волновой» теории различные технологии могут успешно сосуществовать в течение достаточно большого времени. Смена одной технологии другой определяется новыми задачами, которые ставят перед собой операторы. Например, основными движущими силами внедрения пакетной коммутации являются развитие персональных компьютеров и необходимость создания сетей передачи данных. Развитие техноло гии ATM стимулируются постепенным переходом от узкополосной ISDN к широкополосному доступу и необходимостью решения задач интеграции широкополосных услуг (например, интерактивного телевидения), цифровой телефонной сети и т.д. Причиной смены технологий обычно является лучшая экономическая конкурентоспособность новых технических решений по сравнению со старыми. В условиях рыночных отношений экономический фактор в конечном итоге является решающим. Казалось бы, «волновая» теория развития технологий дает простое решение всех проблем. Если на смену существующим решениям с необратимостью придут новые, теперь уже известные технологии, то оператор, желающий в будущем быть конкурентоспособным, должен изначально ориентироваться на новую технологию. Такое упрощенное понимание не учитывает процессов, сопровождающих развитие технологии, и приводит к очень опасной позиции «новизны ради новизны». Чтобы иметь полное представление о том, что несет с собой новая технология, необходимо также рассматривать социально-экономические процессы, которые сопровождают прохождение «волны». В качестве иллюстрации на рис. 2.21 представлена динамика развития во времени технологии на рынке и ряда важных параметров, сопровождающих этот процесс и определяющих целесообразность использования технологии в телекоммуникациях. К ним относятся стоимость технических решений, средний уровень знаний связного сообщества о технологии, а также надежность технических решений. Как видно из графиков, в начале развития технологии стоимость технических решений чрезвычайно высока. На это влияют не только стоимость нового оборудования, но и затраты па проведение необходимых доработок (по закону Мерфи, устройство скорее всего сразу не заработает), полевых испытаний и сопряжения с существующей сетью. Затем по мере накопления опыта внедрения технологии и решения вопросов внутренней и внешней интеграции устройств, стоимость начинает падать и доходит до оптимального стабилизированного уровня. После того как технология устаревает и постепенно начинает уходить с рынка, стоимость технологии увеличивается, поскольку с рынка исчезают запасные части и компоненты устройств. Средний уровень знаний связного сообщества включает в себя знания как пользователей (заказчиков) оборудования, так и поставщиков. Поставщики получают новые знания о технологии первыми, но и это требует определенного времени. В начале развития технологии на

рынке знаний о ней практически нет. Существенно, что начало графика стоимости опережает начало графика уровня знаний: сначала технология приходит на рынок, а уже потом появляются практические знания о ней. По мерс накопления опыта и появления литературы, написанной профессионалами, уровень знаний о технологии увеличивается, достигая необходимого максимума. Затем происходит снижение уровня знаний о технологии, когда она становится устаревшей. Это связано с тем, что часть специалистов по технологии переквалифицируются на новую технологию, а другие уходят на пенсию. В конце концов технология становится достоянием политехнических музеев, где знания о ней хранят только историки. Интересна закономерность изменения надежности технических решений, она отстает от стоимости и уровня знаний по времени. Новая технология в руках неквалифицированных пользователей не может обеспечить надежную работу системы связи. Но по мере развития технологии и стабилизации опыта ее использования надежность технических решений повышается, достигая стабилизации. Дальнейшее повышение надежности в период старения технологии связано с известным статистическим процессом «что сломалось, то уже сломалось, а что работает, то и будет продолжать работать» даже при отсутствии запасных частей. Помимо объективных тенденций, связанных с развитием технологии, на рынок оказывают существенное влияние социально-психологические процессы, идущие в связном сообществе. Новая технология представляет собой сумму новых знаний, которые должны быть восприняты связным сообществом, специалистами, операторами, поставщиками и заказчиками. Этот процесс требует отдельного рассмотрения, что и будет сделано ниже. Зная процессы, сопровождающие развитие технологии, условно разделим ее «жизненный цикл» на четыре периода и рассмотрим социально-психологические процессы в связном сообществе, характерные для каждого периода. Этап I. Этот этап характеризуется процессом становления технологии на рынке. Она пока очень дорога. Ни потенциальные заказчики, ни поставщики оборудования в полной мере не представляют всех нюансов и обучаются в процессе работы. Первые решения работают нестабильно и требуют доработки в полевых условиях. И хотя разработчики обещают в будущем существенные преимущества, есть риск, что закупленное оборудование, будучи новым и опытным, не даст возможности в будущем пользоваться этими преимуществами. Позволить такое себе могут только крупные операторы в опытных зонах внедрения. Внедрение технологии на этом этапе — по сути благотворительный взнос ради будущего технологии связи. Вместе с тем законы рынка требуют от фирм-поставщиков направить усилия на рекламу новой технологии. О ней говорят как о новом прорыве, всячески описывая ее преимущества и замалчивая целесообразность текущего внедрения. Ей посвящены новые обзоры, проблемные статьи, рапорты о новых внедрениях и их результатах (обычно в мажорных тонах). В результате возникает иллюзия единственно верного пути — внедрить технологию у себя. Отсутствие реальных практических знаний о технологии, проблемах, с ней связанных, и путях их решения приводит к идеализации технологии. Рождается миф о ее великом потенциале и решении всех проблем. Поддавшиеся на искушение финансируют развитие новых технологий. В качестве примера можно рассмотреть современное состояние с технологией IP на отечественном и мировом рынке. Критический анализ статей, которые посвящены этой технологии, покажет, что в них нет практической направленности, в основном это реклама новых приложений IP. В то же время IP в настоящее время является самой цитируемой технологией. Однако в современной практике системного проектирования приложения, в которых IP оказалась бы единственным возможным вариантом решения, встречаются редко. Нисколько не умаляя необходимости внедрения IP на рынке России, хотелось бы еще раз указать, что такое внедрение является опытным. В этой связи включение концепции IP в Федеральную программу развития связи является правильным решением, решение о создании нескольких опытных зон внедрения IP (еще лучше, если это будут затем зоны коммерческого использования) — решение безусловно прогрессивное. В то же время ориентация на технологию IP как основу построения сетей некоторых ведомственных операторов, по мнению автора, — решение ошибочное. Этап II, Этот этап характеризуется стабилизацией технологии на рынке. В начале этого этапа появляется «прозрение заблуждающихся&raquo

;, характеризующееся полемикой в технической прессе: настолько ли эффективна новая технология и действительно ли она необходима на рынке. Такого рода вопросы — закономерный процесс перехода от первичной эйфории к конструктивному обсуждению па основе первого опыта. Обсуждение очень важно, поскольку раскрывает все основные и дополнительные нюансы технологии, она становится знакомой, известной, в широком смысле отработанной на рынке. На этом этане можно рекомендовать ее использование большинству операторов, что в конце концов и происходит. В результате новая технология становится модной в хорошем смысле этого слова, она становится парадигмой и используется большинством операторов. Конец этого периода характеризуется отношением здорового энтузиазма к внедрению новой хорошо знакомой технологии. Решения становятся надежными, знания о технологии постепенно наполняют учебные пособия и становятся классическими. Полемика в прессе умолкает — технология заняла свое достойное место. В качестве примера на российском рынке можно указать технологию ATM, которая только что миновала этап полемики о ее необходимости, но еще не достигла этапа здорового энтузиазма. Существенно, что последние статьи по этой технологии носят явно практический характер. Очень показательным примером является технология SDH, которая стала современной парадигмой построения цифровой первичной сети. На пороге этого этапа стоит технология IP. Этапы III—IV, Это этапы соответственно зрелости и устаревания технологии. Как правило, оба этапа характеризуются полным молчанием о технологии в технической прессе. В этом нет необходимости. Технология известна, она вошла в учебники и пособия. Появились хорошие инструкции по эксплуатации, имеется широкий штат специалистов с большим опытом обслуживания технических средств. Технические средства включены в программы вузов. Изредка появляются статьи, в которых рассказывается об упущенных в ходе обсуждения на этапе II нюансах и скрытых резервах технологии, но в целом обсуждение технологии исчезает до исчезновения с рынка самой технологии. В качестве примеров технологий этапа III могут быть указаны модемная передача данных (за исключением новых типов протоколов), PDH, квазиэлектронные АТС. Примеры технологии этапа IV - аналоговые системы передачи, координатные и декадно-шаговые АТС.

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

Рис. 3.42. Перспективы использования различных технологий доступа в зависимости от средней плотности населения доступа 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.

Еще одна группа технологий, играющая очень важную роль на уровне доступа NGN, — это технологии радиодоступа, или беспроводные абонентские линии (WLL). Выше мы говорили о проводных технологиях доступа. Каждая из рассмотренных технологий имеет свое преимущество: • технологии семейства DSL используют существующую инфраструктуру кабельной сети операторов телефонии;

• технологии PON обеспечивают огромный резерв по полосе передачи;
• технология домашнего Ethernet позволяет максимально упростить преобразование данных за счет использования масштабированных решений.

Системы радиодоступа также имеют свои стратегические преимущества перед проводными системами, связанные с использованием радиоэфира для предоставления услуг широкополосного доступа:

• затраты на строительство минимальны, поскольку для системы радиодоступа не нужна кабельная система;
• услуги широкополосного доступа доступны любому пользователю в пределах зоны покрытия сети радиодоступа;
• сети радиодоступа могут обслуживать не только фиксированных абонентов, но и мобильных абонентов.

Эти преимущества обеспечивают конкурентоспособность систем радиодоступа в демократичном мире NGN. Как было показано в примере 2.1. технология радиодоступа способна собрать трафик NGN задолго до того, как будут развернуты кабельные системы проводного широкополосного доступа. По этой причине во всем мире применение технологии радиодоступа рассматривается как стратегия быстрого захвата рынка широкополосных услуг. Вместе с тем использование радиоэфира в качестве среды передачи сигналов имеет ряд недостатков:

• качество услуг в сетях радиодоступа обычно ниже, чем в сетях проводного доступа, вследствие влияния электромагнитных помех, экранирования сигналов от базовых станций и других факторов;
• ресурс радиоэфира для передачи широкополосных сигналов ограничен. В результате во всех стандартах сетей радиодоступа в настоящее время существует проблема, связанная с переходом к концепции Triple Play и требованием предоставлять абоненту скорость свыше 20 Мбит/с;

полнодоступность услуг радиодоступа на всей территории зоны покрытия выдвигает на первый план необходимость решения вопросов авторизации, идентификации и тарификации абонентов сети (в западной технической прессе этот комплекс задач получил сокращенное название AAA). Сюда же относится комплекс решений в области сетевой безопасности, включающий превентивные меры для предотвращения незаконного пользования ресурсами сети. Ограниченность ресурса радиоэфира приводит к уменьшению скороти передачи в расчете на одного абонента либо к ограничению числа абонентов в зоне покрытия. Оба фактора приводят к необходимости поиска новых ресурсов и решений. В результате за последнее десятилетие было создано несколько десятков различных технологий радиодоступа, и этот процесс продолжает идти очень динамично. Современные системы радиодоступа работают и диапазоне от 30 МГц до 60 ГГц, применяют разные методы модуляции и кодирования и обслуживают абонентов с разными требованиями по мобильности (от фиксированных абонентов до мобильных станций со скоростью перемещения до 150 км/ч). Таким образом, нельзя говорить о технологии радиодоступа как об одной технологии, это целый мир со своими принципами и законами. Общая теория систем радиодоступа изложена в [18]. Здесь мы лишь дадим краткий обзор основных решений, применяемых в современном мире. Исторически сети радиодоступа прошли довольно долгий путь эволюции от аналоговых телефонных радиоудлиннителей до сверхширокополосных цифровых систем (UWB) со скоростью передачи данных 100 Мбит/с и выше. Условно можно выделить пять поколений систем радиодоступа:

• аналоговые средства доступа к аналоговым АТС (1960-е гг.);
• узкополосные цифровые системы доступа к цифровым и аналоговым АТС и узлам передачи даных (1980-е гг.). Здесь впервые были разработаны стандарты беспроводных локальных сетей (WLAN), стандарты Radio Ethernet, IEEE 802.11, 802.15 и пр.;
• системы цифрового радиодоступа на основе пакетной передачи IP, куда вошли технологии MMDS, LMDS;
• системы широкополосного доступа на основе стандартов IEEE 802.11/802.16 со скоростью передачи от 10 до 70 Мбит/с, куда вошли доминирующие в настоящее время технологии Wi-Fi и WiMAX;
• системы сверхширокополосного доступа (UWB) со скоростью передачи 100 Мбит/с и выше.

Очевидно, что для современного развития сетей NGN подходят только технологии четвертого и

пятого поколений. Системы второго и третьего поколений могут применяться в качестве средства доступа для нетребовательных абонентов, демократичность NGN позволяет применять и такие решения. Обобщенная структура системы радиодоступа представлена на рис. 3.15. Абоненты широкополосного доступа подключаются к радиосети с использованием абонентских устройств (радиомодемов), на вход которых подаются абонентские данные, а па выходе формируется абонентский радиосигнал. Абонентские устройства могут выполняться в виде карт PCMCIA или в виде внешних устройств. Радиосигнал передается на базовую станцию системы радиодоступа, где преобразуется

снова в данные пользователя. Базовые станции системы радиодосту-па объединяются через каналы проводной сети, образуя опорную сеть системы, в которой решаются вопросы коммутации, маршрутизации, авторизации пользователей, биллинга и пр. Через одну или несколько точек присутствия (линейный интерфейс) опорная сеть подключается к транспортной сети NGN. Таким образом решается задача организации широкополосного доступа. Системы радиодоступа отличаются параметрами радиоинтерфейса, зоной охвата сети и параметрами линейного интерфейса. Размер зоны охвата разделяет все системы доступа на пять категорий: глобальные (WAN), региональные сети (RAN), городские (MAN), локальные (LAN) и персональные сети (PAN). Зона покрытия систем радиодоступа разделяется на соты, каждая из которых обеспечивает покрытие от отдельной базовой станции. Системы радиодоступа могут быть односотовыми и многосотовыми. По размеру соты системы радиодоступа разделяются на три категории:

• макросотовые сети с размером соты до 30 км;
• микросотовые сети с размером соты до 3 км;
• пикосотовые сети с размером соты до 100 м.

Технология макросотовых сетей используется для развертывания сетей WAN, RAN и MAN. Микросотовые технологии используются в сетях LAN и MAN. Б персональных сетях (PAN) используется технология пикосотовых сетей. Основными параметрами радиоинтерфейса являются рабочий диапазон сигналов, метод разделения каналов и принципы модуляции. На рис. 3.16 представлены возможные диапазоны работы аналоговых и цифровыx систем радиодоступа и используемые в них принципы разделения каналов. Как видно из рисунка, современные системы радиодоступа отличаются многообразием решений, большая часть из которых (выделена на рисунке) может эффективно использоваться в качестве средств доступа в современных сетях NGN. Из перспективных технологий радиодоступа, которые легко интегрируются в современные сети NGN и рассматриваются как авангард

р азвития современных систем радиодоступа, рассмотрим две технологии: Wi-Fi и WiMAX. Технология Wi-Fi. Первоначально эта технология была изобретена для создания беспроводных LAN, но сейчас она все чаше используется как технология доступа пользователей в Интернет. До последнего времени сферой приложения этой технологии являлись комнатные сети, особенно в случае, если в семье несколько пользователей Интернета. Сейчас Wi-Fi начинает эффективно использоваться для создания MAN, RAN и даже WAN.

Т ехнология Wi-Fi интересна в концепции NGN тем, что дает быстрый эффект. Одна базовая станция сети (holspot) системы Wi-Fi может дать широкополосный доступ десяткам абонентов сразу, причем с довольно большими скоростями. Минимальные вложения (отсутствие абонентской проводки) в сочетании с реальной возможностью «притянуть» довольно внушительный трафик — все это делает Wi-Fi интересной технологией доступа самого широкого применения. Wi-Fi часто применяется в качестве системы доступа в публичных местах (Интернет-кафе, стадионы, аэропорты, вокзалы, супермаркеты, отели и пр.). Тот факт, что в современных ноутбуках и карманных компьютерах (КПК) реализованы функции Wi-Fi, облегчает применение этой технологии в публичных местах. Техногенные зоны, оснащенные системой Wi-Fi, позволяют эффективно использовать эту технологию в различных системах телемеханики и т.н. В настоящее время во всем мире идет процесс объединения зон Wi-Fi и создание больших сетей Wi-Fi с функцией роуминга. Примером такого применения технологии Wi-Fi может служить сеть McDonald's, которая насчитывает уже более 6000 hotspot в мире. Появились также национальные и международные Wi-Fi-операторы, первым примером которых можно назвать Swisscora Eurospot (сети аэропортов, ресторанов. баpoв и пр.), которая покрывает территорию всего Евросоюза. В Росс

Последним общим принципом функционирования NGN является многопараметричность, присущая любым подсистемам сетей нового поколения. Проблема многопараметричности систем связи сводится к тому, что количество параметров, необходимых для описания поведения системы связи (размерность системы), оказывается очень большим. Увеличение размерности современной технологии представляется объективной тенденцией, которую можно наблюдать в историческом срезе на протяжении всего развития цифровых сетей связи.

При переходе от простых каналов передачи данных к сетям ATM и IP и далее количество параметров, характеризующих поведение системы связи, неизменно увеличивалось (табл. 2.1). Анализируя процесс увеличения размерности систем, можно сформулировать тезис о том, что каждый шаг по пути научно-технического прогресса существенно увеличивает сложность систем связи. Особенностью систем NGN является тот факт, что они имеют не просто много параметров описания, а чуть ли не бесконечное множество таких параметров. Тем самым технология NGN качественно отличается от всех предшествующих цифровых систем связи, и в этом также проявляется революционность концепции сетей нового поколения. Действительно, многоуровневая архитектура сетей нового поколения увеличивает размерность описания любых процессов в таких системах. С другой стороны, рассмотренный выше эффект совместного использования ресурсов несколькими пользователями требует при описании системы учета особенностей поведения всех пользователей системы. С точки зрения увеличения размерности современных систем связи технология NGN привела к новому качественному скачку. От многомерных систем, с которыми имели дело связисты вплоть до ATM, технология делает шаг к бесконечномерным системам. Таким образом, NGN как объект изучения оказывается очень интересным: это бесконечномерная, сложная и чрезвычайно динамичная технология.

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

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. Чтобы система проявляла характеристики нелинейной динамики, должно выполняться два условия: в системе должна существовать обратная связь с задержкой и 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. Это явление получило название эффекта «ускользающей технологии». Ниже оно будет исследовано детально. Единственный путь выхода из методического тупика «ускользающей технологии» является использование явления самоорганизации. 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 = Z2n + 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.

И зобретатель 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. Но только геометрией применение фракталов не ограничивается. Множество Мандельброта появляется в процессе решения нелинейной динамической задачи, и это подчеркивает тесную связь фрактальной геометрии и нелинейной динамики. В первую очередь это касается явления самоподобия, которое приводит к фракталам. Ниже будет показано, что явление самоподобия оказывается тесно связанным с моделированием поведения NGN. Нелинейная динамика, утверждает, что в процессе эволюции система «забывает» свое начальное состояние. Поведение системы оказывается не зависящим от начальных условий, поскольку при N —» оо система либо является неустойчивой, либо стремится к некоторой точке притяжения (аттрактору). Ряд систем могут вечно блуждать вокруг аттрактора, но никогда к нему не подойти. При этом само поведение системы может быть очень сложным и непредсказуемым. Такое поведение называется динамическим хаосом. Еще один парадоксальный вывод теории нелинейной динамики получил название принципа универсальности. Он говорит о том. что поведение всей системы равнозначно поведению некоторой подсистемы, входящей в ее состав, иными словами, часть является не просто отражением, по копией целого. Теперь применим нелинейную динамику к системам NGN. Связь между нелинейной динамикой и системами связи исторически проявилась сразу. Начнем с того, что Бенуа Мандельброт изобрел фрактал, исследуя процессы возникновения ошибок в системе цифровой связи France Telecom [14]. Пример 2.22. Опыт Мандельброта. Это исследование проводилось на ранних этапах цифровизации сетей одного из операторов Франции. Тогда возник вопрос о сравнении двух методов борьбы с ошибками в цифровых сетях. Первый метод предлагал увеличить отношение сигнал/шум в канале передачи, второй предусматривал передачу данных в виде пакетов с контролем параметров ошибок при помощи контрольной суммы

Как будет показано в настоящем исследовании, все перечисленные далее принципы красной нитью проходят в любых решениях NGN и могут считаться критериями, которые позволяют отделить технологию NGN от традиционных сетей связи. Ниже мы рассмотрим эти принципы, по возможности иллюстрируя многочисленными примерами их влияние на отдельные решения в области NGN. Один раз разработав какой-то принцип или структуру, связисты используют наработанные решения, даже если это не определено объективной необходимостью. Так, предложенная в конце 60-х годов кадровая структура HDLC была использована сначала в технологии Х.25, затем перекочевала в технологии кадровой передачи Frame Relay и ISDN (LAPD), потом в структуру сигнальных сообщений ОКС №7 и далее из системы сигнализации B-ISDN в технологию ATM. Такая же преемственность, как будет показано ниже, наблюдается в технологии Ethernet и ряде других технологий. Если рассмотреть принципы построения систем тарификации, бил-линга, диагностики сетей и других административных решений для организации работы операторов, то и здесь присутствует определенная преемственность, не определяемая только задачами совместимости решений разного поколения. Таким образом, мы наблюдаем эффект преемственности подходов к проектированию систем связи и разработке отдельных компонентов технологии.

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 HomePlug1.0 (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 — IEЕЕ 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.