Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 2. Мережі зв’язку наступного покоління: архітектура, основні характеристики й послуги  /  Тема 2.3. Багаторівнева архітектура й функціональний склад NGN

Зміст:

2.3.1. Особливості архітектури NGN

З розвитком інфокомунікаційних послуг стали досить популярними обговорення різних варіантів архітектури NGN, які в рамках єдиної інфраструктури поєднують мережі ТфЗК, мобільного зв’язку, ресурси мережі Інтернет тощо. Відмінною рисою моделі NGN, запропонованої сектором стандартизації електрозв’язку ITU-T, є функціональний розподіл на два рівні: послуг і транспортний (рис. 2.3.1). Рівень послуг реалізує прикладні функції, пов’язані із вимогами щодо послуг, наприклад, з організації передачі мови, відеозображення або їхні комбінації. Транспортний рівень забезпечує виконання функції доставки інформації будь-якого типу між будь-якими двома географічно рознесеними терміналами. У загальному випадку на транспортному рівні може використовуватися довільна технологія комутації пакетів. Однак ITU-T вважає, що технологія ІP є кращою для організації транспорту в NGN, оскільки має найбільшу повноту для реалізації завдань мереж наступного покоління.

Рис. 2.3.1. Розподіл функцій транспорту й служб в архітектурі NGN

Незважаючи на рекомендації ITU-T, на практиці нині найбільшого поширення набула чотирирівнева архітектура NGN, у якій рівень послуг і транспортний рівень в свою чергу зазнали подальшої декомпозиції на такі рівні (рис. 2.3.2):

  • рівень управління послугами (четвертий рівень);
  • рівень мережного контролю й управління (третій рівень);
  • транспортний рівень (другий рівень);
  • рівень доступу (перший рівень);
  • термінальне обладнання (нульовий рівень).

Рівень управління послугами виконує функції управління логікою послуг і аплікацій й являє собою розподілене обчислювальне середовище, що забезпечує:

  • надання (підтримку) інфокомунікаційних послуг;
  • безпосередньо управління послугами;
  • створення й упровадження нових послуг;
  • взаємодію різних послуг.

Цей рівень має реалізувати специфіку послуг і застосовувати одну й ту саму програму логіки послуг незалежно від типу транспортної мережі й способу доступу. Наявність цього рівня забезпечить також можливість введення на транспортній мережі нових послуг без втручання у функціонування інших рівнів.

Рис. 2.3.2. Чотирирівнева архітектура мережі наступного покоління

Традиційна модель NGN (див. рис. 2.3.2) передбачає, що платформи для надання послуг підключаються до мережі зв’язку за допомогою стандартних інтерфейсів ЗКС № 7, SІP, Parlay, H.323. Однак при впровадженні послуг NGS різні рівні функціональної моделі можуть зливатися (рис. 2.3.3).

Рис. 2.3.3. Функціональна модель мережі NGN, адаптована для надання послуг NGS

Операторам зв’язку потрібні механізми, що забезпечують можливість швидко й гнучко розгортати, а також змінювати послуги залежно від індивідуальних потреб користувачів. Такі механізми передбачені відкритою сервісною архітектурою OSA (Open Servіces Access) — основною концепцією майбутнього розвитку мереж зв’язку щодо впровадження й надання нових додаткових послуг. При створенні систем на основі OSA мають бути такі ключові елементи:

  • відкрите середовище для створення послуг;
  • відкрита платформа управління послугами.

Рівень управління послугами відповідає за надання кінцевому користувачеві інформаційних послуг, і від того, наскільки ці послуги зацікавлять його, залежить подальший розвиток мережі. Сервери, що забезпечують надання послуг, можуть перебувати як усередині, так і за межами самої мережі (веб-сервери, сервери, що належать ASP-провайдерам). Важливою складовою рівня управління послугами також є інформаційні центри або центри управління послугами (data centers, servіces control poіnt) — це власні інформаційні ресурси мережі, на основі яких здійснюється обслуговування користувачів. У таких центрах може зберігатися інформація двох типів:

  • інформація користувача, тобто ті дані, які безпосередньо цікавлять користувачів мережі;
  • допоміжна службова інформація, яка дозволяє надавати користувачам додаткові послуги.

Прикладом інформаційних ресурсів першого типу можуть служити веб-портали, на яких розташована різноманітна довідкова інформація й новини, інформація електронних магазинів тощо. Раніше в телефонних мережах роль таких центрів відігравали служби екстреного виклику (наприклад, міліції, швидкої допомоги) і довідкові служби різних організацій і підприємств — вокзалів, аеропортів, магазинів тощо. У телевізійних мережах такими центрами були телестудії, які поставляли «живу» картинку або ж відтворювали раніше записані сюжети або фільми.

До ресурсів другого типу належать, наприклад, різні системи автентифікації й авторизації користувачів, за допомогою яких організація, що володіє мережею, перевіряє права користувачів на одержання тих або інших послуг; системи білінгу, які в комерційних мережах підраховують плату за надані послуги; бази даних облікової інформації користувачів, які зберігають імена й паролі, а також переліки послуг, на які підписаний кожний користувач.

Концепція NGN багато в чому спирається на технічні рішення, які вже розроблені міжнародними організаціями зі стандартизації. Так, взаємодію серверів у процесі надання послуг передбачається здійснювати на базі протоколів, специфікованих ІETF (MEGACO), ETSІ (TІPHON), Форумом 3GPP2 тощо. Для управління послугами використовуватимуться протоколи H.323, SІP і підходи, застосовувані в інтелектуальних мережах зв’язку.

Рівень мережного контролю й управління має забезпечувати обробку інформації сигналізації, маршрутизації викликів і управління потоками. Цей рівень підтримує логіку управління, яка необхідна для обробки й маршрутизації трафіка. Функція встановлення з’єднання реалізується на рівні елементів базової мережі під зовнішнім управлінням обладнання програмного комутатора (Softswіtch). Виключенням є АТС із функціями контролера шлюзів (Medіa Gateway Controller, MGC), які самі виконують комутацію на рівні елемента транспортної мережі. У разі використання на мережі декількох Softswіtch вони взаємодіють за допомогою відповідних протоколів (як правило, сімейство SІP-T) і забезпечують спільне управління встановленням з’єднання.

Softswitch має здійснювати:

  • обробку всіх видів сигналізації, які використовуються у його домені;
  • зберігання й управління даними користувачів, що підключені до його домену безпосередньо або через обладнання шлюзів доступу;
  • взаємодію із серверами аплікацій для надання розширеного списку послуг користувачам мережі.

Завдання транспортного рівня — забезпечення прозорої передачі інформації користувача шляхом її комутації та маршрутизації. У NGN оператори отримають можливість нарощувати обсяги послуг, що у свою чергу приведе до росту вимог щодо надійності та продуктивності мереж транспортного рівня. Причому надійність виходить на перше місце, оскільки NGN мають забезпечувати передачу різнорідного трафіка, у тому числі чутливого до затримок, що раніше передавався за допомогою класичних систем передачі з часовим поділом каналів ієрархій SDH або PDH. У деяких випадках новітні транспортні мережі замінюватимуть собою частину інфраструктури існуючих традиційних мереж зв’язку.

ITU-T визначає такі вимоги до можливостей транспортного рівня:

  • підтримка з’єднань у реальному часі й з’єднань, не чутливих до затримок;
  • підтримка різних моделей з’єднань: «точка — точка», «точка — багатоточка», «багатоточка — багатоточка», «багатоточка — точка»;
  • гарантовані рівні продуктивності, надійності, доступності, масштабованості.

Особливістю інфраструктури NGN є використання універсальної транспортної мережі, що базується на технологіях саме пакетної комутації. Сьогодні при виборі технологічної основи транспортної мережі перспективною вважається технологія ІP, або її розвиток MPLS, оскільки:

  • використання технологій ІP/MPLS у середовищі Ethernet дозволяє підвищити масштабованість і якість обслуговування до рівня, необхідного для транспортних мереж;
  • кількість аплікацій, які використовують протокол ІP, зростатиме, відповідно частка ІP-трафіка збільшуватиметься, і, як наслідок, неминучі проблеми технології АТМ, пов’язані з додатковими накладними витратами пропускної здатності при передачі ІP-трафіка, внаслідок чого відбувається збільшення вартості реалізації мережних рішень на базі АТМ.

До рівня доступу належать:

  • шлюзи;
  • вузли агрегування доступу;
  • мережі доступу (МД), тобто мережі електрозв’язку, які забезпечують підключення термінальних пристроїв користувачів до приграничного вузла транспортної мережі.

Для організації рівня доступу можуть використовуватися різні середовища передачі. Це може бути мідна пара, коаксіальний кабель, волоконно-оптичний кабель, радіоканал, супутникові канали або будь-яка їхня комбінація.

Мережа доступу, як і NGN у цілому, може складатися з декількох рівнів. Комутатори, установлені у вузлах нижнього рівня, мультиплексують інформацію, що надходить по численних абонентських каналах (що часто називаються абонентськими закінченнями, local loop), і передають її комутаторам верхнього рівня, щоб ті, у свою чергу, передали її комутаторам транспортного рівня. Кількість рівнів мережі доступу залежить від її розміру; невелика мережа доступу може складатися з одного рівня, а велика — із двох-трьох. Наступні рівні здійснюють подальшу концентрацію трафіка, збираючи його й мультиплексуючи в більш швидкісні канали.

Доступ до ресурсів транспортної мережі здійснюється через граничні вузли, до яких підключається обладнання мережі доступу або здійснюється зв’язок з існуючими мережами. В останньому випадку граничний вузол виконує функції міжмережного шлюзу. Одним з найважливіших критеріїв вибору технології транспортної мережі є її несуперечність існуючим транспортним і комутаційним структурам, тобто здатність забезпечити підтримку традиційних видів сервісу. При проектуванні структури транспортної мережі й локалізації її вузлів необхідно враховувати не тільки потенційні можливості концентраторів і комутаторів у них, але й продуктивність вузлів агрегування інформаційних сервісів (рис. 2.3.4).

Рис. 2.3.4. Взаємодія рівнів транспорту й доступу

Логіка агрегування доступу керується обмеженнями продуктивності комутатора транспортної мережі. Як правило, кожний вузол агрегування доступу обслуговує до 10000 абонентських закінчень. Виходячи з цього, вузли агрегування доступу об’єднуються за територіальною ознакою, вузли транспортної мережі закріплюються за відповідними мережами доступу, замикаючи відповідний трафік на себе. Однак забезпечення надійності послуг вимагає резервного з’єднання хоча б із ще одним вузлом магістральної мережі. Це забезпечить для кожного вузла агрегування доступ мінімум до двох точок входу до транспортної мережі, що, з одного боку гарантує безперебійність надання послуг навіть у разі фізичного розриву одного із з’єднань, а з іншого — можливість перерозподілу абонентського навантаження по вузлах транспортної мережі. Залежно від характеру абонентів роль вузла абонентського доступу може взяти на себе вузол агрегування доступу (це характерно для мереж телефонії з комутаторами на 10000 номерів). Вузол абонентського доступу може виконувати функції вузла агрегування та шлюзувати різнорідний трафік у мультисервісне середовище (така ситуація частіше зустрічається в мережах пакетної комутації).

Можна відзначити, що з розвитком технологій зв’язку стає усе проблематичніше провести чітку межу між транспортним рівнем і рівнем доступу. Так, наприклад, цифровий абонентський мультиплексор доступу (DSLAM) може бути віднесений і до того, і до іншого рівня.

Рівень термінального обладнання включає різні типи кінцевих (термінальних) вузлів, мережі терміналів — обладнання, встановленого у користувачів (абонентів, клієнтів), за допомогою яких користувач використовує через мережі доступу ресурс транспортного рівня. У комп’ютерній мережі кінцевими вузлами є комп’ютери, телефонній — телефонні апарати, а телевізійній або радіомережі — відповідні теле- і радіоприймачі.