Сети нового поколения: характеристика и преимущества

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

NGN (англ.Nex Generatio Network -- сети следующего поколения)-- это мультисервисная сеть связи, ядром которой является опорная IP-сеть, поддерживающая полную или частичную интеграцию услуг передачи речи, данных и мультимедиа.

В настоящее время всё чаще встречаются публикации, посвящённые коренному преобразованию ТфОП и переходу к сети следующего поколения (NGN). Она позиционируется как универсальная сеть, способная удовлетворить практически любые потребности пользователей с заданным качеством обслуживания. При этом предполагается простота введения новых услуг.

Обычно рассматривается два основных варианта перехода к NGN - начиная с транспортной сети и с сети доступа.

Идущий в России процесс цифровизации сетей электросвязи охватывает как сети общего пользования, так и ведомственные и частные сети, которые с переходом к цифровым методам передачи с высокой пропускной способностью, новым системам сигнализации и сетевым концепциям предоставления услуг пользователям все более усложняются. Одно из важнейших направлений цифровизации - модернизация сетей связи общего пользования на основе концепции NGN (Next Generation Network) - сетей связи следующего поколения.

Основная задача сетей нового поколения заключается в обеспечении взаимодействия существующих и новых телекоммуникационных сетей, поддерживаемых единой инфраструктурой для передачи любых видов информации (голоса, данных, видео).

Под термином "сеть следующего поколения" (NGN) понимают концепцию построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений. В состав NGN входит универсальная транспортная платформа с распределенной коммутацией.

В концепции построения мультисервисной сети нового поколения заложена идея конвергенции (объединения) существующих сетей разных операторов и технологий (ТфОП, сетей мобильной связи и сетей с технологией IP). Конвергенция (Convergence) процесс постепенного сближения различных технологий и служб связи с целью унификации оборудования и расширения функциональных возможностей систем и сетей.



1. История развития сетей связи

Этапы эволюции телекоммуникационных систем:

Этап построения отдельных сетей для различных служб (до 1980г): ТфОП, Телекс, X.25, ARPANET (предтеча Internet);

Разработка и внедрение N-ISDN, интеграция сетей и услуг (80-88гг):

концептуальное описание услуг и ресурсов,

разработка открытых информационных протоколов и интерфейсов,

разработка протоколов общеканальной сигнализации (DSS1, CCS7);

3. Разработка концепции интеллектуальной сети (IN) на базе SS [Supplementary Service] (88-96г.г.);

4. Успехи в разработке пакетных технологий для трафика реального времени (88-96гг):

классификация трафика,

концепция Quality of Service - QoS;

5. Успехи в увеличении пропускной способности СП (SDH, DWDM - 90-е годы);

6. Широкое внедрение протоколов IP, Internet и современных услуг (90-е годы);

7. Успехи в развитии мобильных сетей и услуг (90-е годы);

8. Конвергенция сетей и услуг (КК-КП - 1996-2003 г.г.).

Современный этап эволюции телекоммуникаций характеризуется:

Лавинообразным ростом трафика данных, по сравнению с трафиком телефонии;

Насыщением рынка речевых услуг;

Неудовлетворенным спросом на интеллектуальные и широкополосные услуги;

Высокими темпами роста многофункциональных терминалов (ПК);

Возрастающей конкуренцией со стороны альтернативных операторов (как по новым услугам, так и по речевым);

Значительной реструктуризацией рынка телекоммуникационных услуг.

Возникновением инфокоммуникационных услуг;

Появлением новых участников рынка (поставщиков услуг, поставщиков информации, посредников).

На фоне этого очевидны недостатки существующих технологий обеспечения и предоставления услуг традиционными операторами:

Крайне низкая эффективность использования пропускной способности СП;

Крайне низкая масштабируемость существующей технологии КК и услуг:

введение услуг IN связано с большими затратами на модернизацию программных средств (Software, SW);

введение широкополосных услуг практически невозможно;

закрытость внутрисистемных интерфейсов не позволяет оператору свободно выбирать поставщиков и модернизировать аппаратные средства (Hardware, HW);

3. На фоне быстрого увеличения пропускной способности магистрали особенно остро встала проблема доступа к ней пользователей АТС с КК (только со скоростью 64 Кбит/с);

4. Крайне высокие эксплуатационные издержки вследствие отсутствия современных автоматизированных систем управления;

5. Отсутствие у традиционных операторов опыта в продаже широкополосных и интеллектуальных услуг.

Из этого можно сделать выводы:

существующее положение традиционных операторов - предвестник системного кризиса;

отсталой является не только материально-техническая база (даже при наличии высоких показателей цифровизации телефонных сетей, когда пользователь получает по умолчанию канал со скоростью передачи V= 64 кбит/с);

более серьезным является отставание от новых конкурентов в методах управления (трафиком, услугами, элементами сети), мбркетинге.



2. Анализ принципов построения

2.1 Определение NGN

Учитывая новые реалии рынка, характерными особенностями которых являются: открытая конкуренция операторов в связи с дерегулированием рынков, взрывной рост цифрового трафика, например, в связи с увеличением использования сети Интернет, повышение спроса на новые мультимедийные услуги, рост потребности в общей мобильности связи, конвергенция сетей и услуг связи и т. д., NGN считают конкретной реализацией GII (глобальной информационной инфраструктуры).

Существует несколько подходов к определению NGN. Однако все они основываются на принципах организации способов предоставления услуг. Одно из наиболее корректных определений звучит следующим образом: "сети следующего поколения - это всеохватывающее понятие для инфраструктуры, реализующей перспективные услуги, которые должны быть в будущем предложены Операторами мобильных и фиксированных сетей, одновременно с продолжением поддержки всех существующих на сегодняшний день услуг. Сети следующего поколения используют пакетные технологии передачи и коммутации, базируются на физическом слое оптических каналов, обеспечивают полноценное взаимодействие с существующими сетями".

2.2 Задачи NGN

Согласно международным рекомендациям, сети NGN должны выполнять следующие функции:

способствовать честной конкуренции;

поощрять частные инвестиции;

определять принципы архитектуры и возможности для приведения в соответствие с различными регламентирующими требованиями;

обеспечивать открытый доступ к сетям;

обеспечивать универсальное предоставление услуг и доступ к ним;

способствовать обеспечению равных возможностей для всего населения;

способствовать разнообразию содержания, включая культурное и языковое разнообразие.

2.3 Основные характеристики NGN

Основными характеристиками сетей NGN являются:

передача с пакетной коммутацией;

разделение функций управления между пропускной способностью канала-носителя, вызовом/сеансом, а также приложением/услугами;

развязка между предоставлением услуг и транспортировкой и предоставление открытых интерфейсов;

поддержка широкого спектра услуг, приложений и механизмов на основе унифицированных блоков обслуживания (включая услуги в реальном масштабе времени, в потоковом режиме, в автономном режиме и мультимедийные услуги);

возможности широкополосной передачи со сквозной функцией QoS (качества обслуживания);

взаимодействие с существующими сетями с помощью открытых интерфейсов;

универсальная мобильность;

неограниченный доступ пользователей к разным поставщикам услуг;

разнообразие схем идентификации;

единые характеристики обслуживания для одной и той же услуги с точки зрения пользователя;

сближение услуг между фиксированной и подвижной связью;

независимость связанных с обслуживанием функций от используемых технологий транспортировки;

поддержка различных технологий "последней мили";

выполнение всех регламентирующих требований, например, для аварийной связи, защиты информации, конфиденциальности, законного перехвата и т. д.

2.4 Возможности NGN

Сеть NGN должна предоставлять возможности (транспортные ресурсы, протоколы и т. д.) для целей создания, развертывания и управления всеми возможными видами услуг (известными или пока не известными). Сюда входят услуги, использующие среду разного вида (аудио, визуальную, аудиовизуальную) со всеми типами схем кодирования и услуги передачи данных, диалоговые, с адресацией конкретному устройству, групповой адресацией и вещанием, услуги передачи сообщений, простой передачи данных в реальном масштабе времени и в автономном режиме, с регулированием задержки и устойчивые к задержке услуги. Услуги с различными требованиями к ширине полосе от нескольких кбит/с до сотен Мбит/с, с гарантированной полосой или без нее, должны поддерживаться в рамках возможностей технологии транспортировки.

В NGN делается особый упор на обеспечение соответствия требованиям заказчика со стороны поставщиков услуг, причем некоторые из поставщиков будут предлагать своим клиентам возможность настройки своих собственных услуг. NGN должна включать связанные с обслуживанием интерфейсы программирования приложений (API), чтобы поддерживать создание, предоставление и управление услугами.



3. Архитектура сети NGN

Архитектура сети связи, построенной в соответствии с концепцией NGN, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Сеть, построенная в соответствии с концепцией NGN

Основу сети NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей. В состав транспортной сети NGN могут входить:

транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации;

оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети;

контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями;

шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи (ТФОП, СПД, СПС).

Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему коммутации, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг. Назначением транспортной сети является предоставление услуг переноса.

Реализация инфокоммуникационных услуг осуществляется на базе узлов служб (SN) и/или узлов управления услугами (SCP).является оборудованием поставщиков услуг и может рассматриваться в качестве сервера приложений для инфокоммуникационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием пользователя. SCP является элементом распределённой платформы ИСС и выполняет функции управления логикой и атрибутами услуг. Совокупность нескольких узлов служб или узлов управления услугами, задействованных для предоставления одной и той же услуги, образуют платформу управления услугами.

В состав платформы также могут входить узлы административного управления услугами и серверы различных приложений. Оконечные/оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен за счет добавления функций предоставления услуг. Для построения таких узлов может использоваться технология гибкой коммутации (Softswitch).

Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI, Форумом 3GPP и т.д. Для управления услугами будут использованы протоколы H.323, SIP и подходы, применяемые в интеллектуальных сетях связи.



4. Построение NGN

Компоненты NGN:

серверы приложений (E-mail, SMS, Billing, SN-IN (Source Name - Internet Name Service), TMN, …);

программное обеспечение (ПО) для поддержки прикладного программного интерфейса (Application Programming Interface, API);

прикладной программный интерфейс (API);

Softswitch (контроллер медиашлюзов, обработчик вызовов, конвертор сигнализации);

программное обеспечение (ПО), используемое для поддержки интерфейсов;

транспортные платформы, медиашлюзы (информационные, сигнальные, управления).

Основные функции Softswitch таковы:

управление медиа шлюзами (в плоскостях C, M) по протоколам MGCP/MEGACO/H.248, H.323, SIP;

управление транспортными сетями (установление соединений, маршрутизация, управление трафиком);

поддержка взаимодействия с приложениями.

В последнее время ряд крупных фирм, в частности, Alcatel, под Softswitch понимает гибкий коммутатор, поддерживающий функции управления гибридной коммутацией, т.е. оценивающий входящий трафик по различным характеристикам и направляющий его через соответствующие этим характеристикам сйти (включая сети с КК, КП, ATM). По крайней мере, такие возможности управления заложены в протоколе Н.248.

Проблемы перехода к NGN:

отсутствие достаточных инвестиций;

отсутствие единой политики перехода к NGN;

отсутствие единого мнения по поводу путей и темпов построения NGN;

отсутствие или незаконченность стандартов, описывающих все аспекты NGN;

отсутствие полной линейки оборудования для NGN;

несовместимость оборудования разных изготовителей (риски по поводу масштабируемости и сохранения инвестиций).

Проблемы внедрения услуг в NGN:

отсутствие современной инфраструктуры для развертывания инфокоммуникационных услуг;

недостаточное исследование рынка услуг (как по объемам, так и по платежеспособному спросу);

учет неудачного опыта зарубежных операторов в оценке рынка и развертывания услуг N-ISDN и B-ISDN.

Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие поставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться на основе функциональной модели распределённых (региональных) баз данных, реализуемых в соответствии с Рекомендацией ITU-T X.500 . Доступ к базам данных организуется с использованием протокола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol).

Базы данных позволяют решить следующие задачи:

создание абонентских справочников;

автоматизация взаиморасчётов между операторами связи и поставщиками услуг;

обеспечение взаимодействия операторов связи в процессе предоставления интеллектуальных услуг;

обеспечение взаимодействия терминалов, характеризующихся различными функциональными возможностями.

Базы данных могут использоваться также поставщиками услуг для организации платных информационно-справочных услуг.

Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, например, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 (2-ой проект партнерства по системам мобильной связи 3-го поколения) и т.д.

В качестве технологической основы построения транспортного уровня мультисервисных сетей рассматриваются технологии АТМ, MPLS, 10GE, IP с возможным применением в будущем оптической коммутации.

Базовые услуги, предоставляемые существующими сетями связи и мультисервисными сетями (например, услуги телефонии) должны обладать идентичными характеристиками. Это означает, что мультисервисные сети должны обеспечивать выполнение принятых норм и требований для каждого типа услуг, включая показатели качества, параметры интерфейсов, адресацию/нумерацию и т.д.

Для новых типов услуг (таких как услуги ИСС, услуги мультимедиа, инфокоммуникационные услуги) мультисервисные сети должны обеспечивать возможность взаимодействия с аналогичными услугами других сетей.

Построение мультисервисных сетей должно соответствовать двухуровневой архитектуре: регионального и магистрального (включая межрегиональный) уровней (рисунок 2). Это создаст условия для повсеместного внедрения инфокоммуникационных услуг и решения таких задач, как обеспечение структурной надежности, нормирование показателей качества услуг и т.п.

На региональном уровне мультисервисная сеть должна обеспечивать подключение терминалов абонентов и предоставление им как транспортных, так и инфокоммуникационных и других услуг, а также обеспечивать возможность взаимодействия с аналогичными услугами других региональных сетей.

На магистральном уровне мультисервисная сеть должна обеспечивать предоставление услуг переноса для взаимодействия мультисервисных региональных сетей, а также для всех существующих сетей (при необходимости).

Решение указанных задач связано с формированием сетей доступа, которые бы позволили, с одной стороны, обеспечить разделение трафика на участке, где не накладываются жесткие ограничения на скорость передачи, и, с другой стороны, не осуществляется концентрация трафика.

Доступ к ресурсам мультисервисной сети осуществляется через граничные узлы, к которым подключается оборудование сети доступа или осуществляется связь с существующими сетями. В последнем случае граничныйузелвыполняетфункциимежсетевогошлюза.



5. Методы и средства обеспечения качества обслуживания

5.1 Общие требования к качеству доставки информации в сетях с разными технологиями

Требования к качеству доставки информации через сеть определяют сетевые службы. Ни одна сеть не может удовлетворить любым требованиям службы. Недостатки сети должны компенсироваться устройствами адаптации. Сеть обладает свойствами семантической и временнуй прозрачности.

Под семантической прозрачностью принято понимать способность сети обеспечивать доставку информации от источника до адресата с приемлемым для данной службы уровнем ошибок.

Типы ошибок и их количество во многом определяются способом передачи информации и физической природой канала.

Ни одна система передачи не является идеальной. В реальных каналах действуют искажения сигналов, замирания, шумы, различные помехи, которые в дискретном канале появляются в виде ошибок, определяющих верность приема информации.

Одним из наиболее часто используемых показателей, которым принято характеризовать качество цифровых систем передачи, является коэффициент двоичных ошибок (Bit Error Rate, BER). При передаче в течение достаточно большого (репрезентативного) интервала времени коэффициент двоичных ошибок сходится к вероятности ошибочного приема двоичного символа.

В пакетных сетях биты формируются в пакеты. Поэтому в качестве показателя, характеризующего качество передачи пакетов, принято использовать вероятность приема пакета с ошибками или вероятность искажения пакета (Packet Error Rate, PER).

Ошибки в общем случае могут привести к разным последствиям. В некоторых случаях пакеты могут быть потеряны, а в других случаях поступать не по назначению.

Потеря пакетов может происходить из-за ошибок при маршрутизации или вследствие перегрузок.

Иногда пакеты могут поступать пользователю, которому они не предназначены. Будем называть такие случаи доставкой пакета не по адресу (вставкой пакета).

Природа этих ошибок во многом определяется техническими устройствами, в которых они возникают. Ошибки, зависящие от систем передачи, определяются в основном физической средой (коаксиальный кабель, волоконно-оптическая линия и др.) и рядом других факторов (видом кодирования, скремблирования и т. д.).

Под временнуй прозрачностью сети принято понимать её свойство поддерживать значение времени задержки и джиттера (разброса) задержки, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания.

Временную прозрачность принято оценивать двумя показателями: временем задержки и джиттером задержки.

Время задержки определяется разницей во времени между началом передачи пакета источником и окончанием приема этого же пакета получателем.

Задержка может быть различной для каждого пакета и представляет собой случайную величину.

Время доставки является очень важной сетевой характеристикой для служб, требующих доставки в реальном масштабе времени, например, для телефонии, видеотелефонии и организации распределенных вычислений.

5.2 Качество обслуживания в мультисервисных сетях

Обязательным для Оператора является определение конкретной ответственности персонала за предоставление услуги, при этом должна учитываться оценка качества, как исполнителем, так и пользователем.

Предоставление услуги подразумевает:

строгое соблюдение утвержденной спецификации предоставления услуги;

наблюдение за адекватной реализацией спецификации услуги;

корректировку процесса предоставления услуги, если возникают отступления.

Оценка пользователем является конечной мерой качества услуг

Оператор связи должен принимать во внимание следующие весьма очевидные обстоятельства:

а) реакция пользователя на предоставленную услугу может быть немедленной или отложенной и носить ретроспективный характер;

б) чаще всего пользователь оценивает качество услуги субъективно;

в)пользователь редко добровольно информирует представителей оператора (памятуя о своем печальном опыте общения с определенными службами) о своей оценке качества услуги;

г) ориентация на жалобы пользователя как на меру удовлетворенности может привести к неправильным выводам;

д) в условиях конкуренции на рынке услуг электросвязи необходимо вводить в практику постоянную оценку степени удовлетворенности пользователя.

Монопольное положение операторов сетей электросвязи общего пользования в РФ до недавнего времени способствовало невниманию к оценке качества услуг самим пользователем.

Такая оценка может дать как положительный, так и отрицательный результат, влияющий на коммерческую деятельность оператора. Оператор нередко считает предоставляемую им услугу высококачественной, не интересуясь мнением пользователей. Монопольное положение оператора способствует застою в совершенствовании услуги. В настоящее время в РФ немало операторов сетей электросвязи приведено в состояние готовности к оценке удовлетворенности пользователей получаемыми ими услугами.

Перед началом процесса проверки этой удовлетворенности необходимо подготовить спецификацию каждой услуги, спецификацию предоставления услуги. После этого необходимо проверить, отвечают ли они потребностям пользователя. Такая проверка будет способствовать обоснованной разработке спецификации управления качеством услуги.

Сравнение оценок качества услуги пользователем и оператором должно быть темой специального изучения. Необходимо добиваться совместимости обеих мер качества. В такой работе представители оператора должны искать взаимопонимания друг с другом и с пользователями. Нелишним будет напоминание того факта, что преобразование пользовательской меры (мер) качества услуги в меру (меры) качества оператора одна из труднейших задач инженерной практики телетрафика.

Качество услуги, оцениваемое пользователем, определяется рядом фактором, среди которых имеются и такие, за которые технический персонал сети не несет прямой ответственности.

Среди этих факторов можно выделить:

поведение пользователей;

недостатки планирования и организации работы служб, подчиненных оператору;

недостатки проектирования сети или отступления от требований проектов;

степень использования оператором средств управления сетью.

Международные организации стандартизации телекоммуникаций признают, что совершенствование организации технической эксплуатации может существенно влиять на качество услуг, оцениваемое пользователем.

Факторы, влияющие на качество предоставляемой услуги:

доступность сети;

доступность соединения;

целостность (непрерывность) установленного соединения;

качество передачи сигнала по соединительному тракту (например, затухание тракта связи);

готовность к обслуживанию;

правильность начисления платы за услугу;

секретность предоставления услуги тайна содержания разговора.

Пользователь телекоммуникационной сети обычно не интересуется структурой сети и тем, как предоставляется нужная ему услуга. В то же время он интуитивно оценивает качество данной услуги, сравнивая его с качеством подобных услуг. Качество услуги (обслуживания) [Quality of Service QoS] определено в Рекомендации ITU-T E.800 как “Суммарный эффект характеристик обслуживания, определяющий степень удовлетворения пользователя обслуживанием”.Это определение качества обслуживания является общим.В нем отражено также субъективное восприятие абонента. Показатели качества услуги могут быть непосредственно измерены в точке доступа к услуге.

Качество услуги с точки зрения пользователя может быть выражено совокупностью показателей. Эти показатели описываются в терминах, понятных как пользователю, так и службе, и не зависят от структуры сети. Показатели качества услуги ориентированы по преимуществу на эффект, воспринимаемый пользователем, должны быть гарантированы пользователю службой и поддаваться объективному измерению в точке доступа к услуге (Рекомендация ITU-T I.350).

В Рекомендации ITU-T Е.862 приведены возможные подходы к учету экономических потерь оператора (при планировании, проектировании, эксплуатации и ТО сетей электросвязи) и пользователя, связанных с отказами технических средств. Операторы сетей, работая в условиях рынка, заинтересованы в оценке возможных потерь из-за отказов и в сопоставлении их с затратами на повышение надежности своих средств.

В мультисервисной сети могут использоваться технологии IP/MPLS, IP/DWDM, IP/ATM, IP/Ethernet и др. Качество услуг, предоставляемых с помощью IP, может характеризоваться атрибутами: задержка, джиттер, потеря пакетов.

В случае организации речевого обмена через сети с технологией IP необходимо учитывать характеристики следующих элементов:

речевого IP-терминала;

сети доступа IP;

магистральной сети IP;

шлюза - элемента, обеспечивающего выполнение функций взаимодействия сетей;

транзитной коммутируемой сети (Switched Communication Network, SCN);

телефонного терминала.

Существует ряд факторов, определяющих качество передачи речевой информации в пакетном режиме. Качество речевого обмена в пакетном режиме определяется подготовкой сеанса связи и качеством доставки информации.

Качество подготовки сеанса связи характеризуется следующими показателями:

задержка в сети доступа IP, включающая времена инициализации транспортного уровня, конфигурирования и настройки модема, входа в сеть через шлюз IP;

задержка обмена сигнальными сообщениями в магистральной сети IP;

задержка подготовки сеанса в элементах управления шлюзами;

задержка доступа и обработки внутренних прикладных услуг, таких как услуга каталога (directory-service) и проверка прав доступа;

задержка подготовки сеанса в шлюзах;

время подготовки сеанса в транзитных коммутируемых сетях.

Качество услуг IP-телефонии определяется показателями:

IP-терминалов;

IP-сетей;

межсетевых узлов (шлюзов);

коммутируемых сетей;

голосовых терминалов.

Показателями качества доставки информации являются сквозные (воспринимаемыми пользователем) задержки и качество воспринимаемой речи. Задержки в соответствии с рекомендацией ITU-T G.114 и стандартами ETSI ETR 250 и ETR 275 разделены на 4 класса:

малые (10…15 мс), не раздражающие пользователей и не требующие в связи с этим подавления акустического и электрического эхосигнала;

небольшие (до 150 мс), требующие подавления эхо, но не влияющие критически на взаимодействие пользователей;

допустимые (от 200 до 400 мс), при которых качество взаимодействия хотя и ухудшается, но может быть приемлемым;

недопустимые (более 400 мс), при которых интерактивное голосовое взаимодействие затруднено и необходимо введение некоторых правил разговора (например, как в портативных дуплексных радиостанциях - walkie-talkie).

Обычно в сетях с коммутацией пакетов наиболее нестабильны задержки доставки информации, что характеризуется показателем джиттер задержки. Наибольшее влияние на джиттер задержки оказывают:

нестабильность характеристик терминального оборудования - кодека или буферизации;

нестабильность характеристик сетей, например, задержки распространения.

Сквозные сетевые задержки влияют на время прохождения пакета от источника до получателя и включают:

задержки передачи пакета IP через линию связи;

задержки распространения сигнала;

задержки в узлах обработки пакетов (маршрутизации и ожидания в очередях);

протокольные задержки, которые связаны с повторной передачей пакета IP в доступе или в магистральной сети;

задержки в шлюзах, обусловленные быстродействием межсетевых интерфейсов.

На качество услуги в IP-терминалах влияет множество факторов:

тип выбранного кодека;

реакция кодека на снижение качества в сети доставки информации;

характеристики акустического интерфейса;

задержки обработки сигналов;

задержки обработки вызовов;

число речевых кадров, переносимых одним пакетом;

задержки обработки, связанные с обеспечением безопасности;

реализация буферов, используемых для минимизации дрожания фазы;

задержки на пути цифровой или аналоговой среды распространения;

показатели работы акустических устройств подавления эхо-сигнала.

На качество услуг IP-телефонии влияют следующие показатели качества доставки информации в магистральной IP-сети:

задержка маршрутизации;

потери пакетов при перегрузке;

джиттер задержки.

5.3 Соглашение об уровне качества услуги

Операторы связи нуждаются в универсальном способе договоренности с пользователем о качестве предоставляемых услуг - методе, который бы представил для оператора качество услуг с точки зрения пользователя. Таким методом стало "соглашение об уровне обслуживания" (Service Level Agreement, SLA).

Чтобы обеспечить определенный уровень качества услуги доставки информации, необходимо решить две задачи:

- контроля производительности сети;

- выполнения специальных процедур для поддержания требуемого уровня качества услуги.

Система управления должна использовать набор показателей для контроля производительности мультисервисной сети и ее объектов (коммутаторов, маршрутизаторов, шлюзов, серверов приложений и др.).

Показатели, используемые для описания качества услуги:

задержка установления соединения (establishment delay);

задержка доставки данных "из конца в конец" (end-to-end delay);

джиттер (jitter);

задержка разъединения соединения (release delay);

пиковая скорость передачи пакетов (Peak-rate throughput) - максимальное число пакетов, которое приложение может передавать в единицу времени;

средняя скорость пакетов в единицу времени (Statistical throughput);

коэффициент потерь (Loss ratio) - отношение числа потерянных пакетов к количеству переданных;

приоритет - определяет очередность обслуживания запросов;

стоимость - определяет максимальную допустимую стоимость сетевого соединения.

Для полноценного использования этих показателей, необходимо определить ряд операций, позволяющих поддерживать качество услуги на уровне, удовлетворяющем пользователя.

К таким операциям относятся:

спецификация качества услуги (QoS Specification);

отображение качества услуги (QoS Mapping);

установление соглашения о качестве услуги (QoS Negotiation);

резервирование ресурсов (Resource Allocation);

контроль доступа (Admission Control);

техническое обслуживание (maintenance);

мониторинг (monitoring);

повторное установление соглашения (QoS Renegotiation).

Спецификация качества услуги (QoS Specification) определяет требуемые уровни качества, которые интерпретируются системой.

Отображение QoS (QoS Mapping) -- выполняет функции автоматического преобразования уровней качества услуги на разных уровнях, что освобождает пользователя от необходимости оценивать уровень качества услуги в терминах, используемых на нижних уровнях OSI.

Установление соглашения о качестве услуги (QoS Negotiation) -- определение совокупности параметров, обеспечивающих требуемый для данного сеанса уровень качества услуги, и выяснение компонентов системы, способных его обеспечить.

Резервирование ресурсов (Resource Allocation) -- гарантия необходимого уровня качества услуги на протяжении всего сеанса, часто бывает необходимо назначать определенный набор ресурсов для использования в данном сеансе.

Контроль доступа (Admission Control) -- проверка того, что система в состоянии обеспечить желаемый уровень качества услуги, не нарушив работу уже выполняющихся приложений.

Техобслуживание (QoS maintenance) -- поддержание оговоренного уровня качества не всегда требует статического выделения ресурсов во время установления соглашения об уровне качества.

Мониторинг (QoS monitoring) -- позволяет определить ухудшение параметров качества услуги в течение сеанса связи, что дает пользователю возможность своевременно предпринять необходимые действия.

Повторное установление соглашения (QoS Renegotiation) -- процедура установления соглашения для тех компонентов системы, которые уже участвуют в сеансе связи. Необходимость ее проведения может быть обусловлена как понижением уровня качества, так и желанием оператора зарезервировать общие системные ресурсы за счет низкоприоритетных сеансов.

Значение SLA на современном телекоммуникационном рынке

В процессе выбора поставщика услуг пользователя интересует три вопроса:

доступность;

производительность;

качество функционирования приложения, обеспечивающего услугу.

Пользователь ожидает, что оператор (провайдер) обеспечит не только бесперебойное предоставление услуг, но и быстрое внедрение новых услуг. При этом подразумевается, что услуга будет предоставляться с надлежащей скоростью и бесперебойно.

Чтобы обеспечить выполнение этих требований, операторы связи могут использовать SLA, с помощью которого можно реализовать инструменты для идентификации, наблюдения и управления услугами.

SLA может изменяться от одного провайдера к другому и обычно касается доступности сети (услуг) и надежности передачи данных. Нарушения SLA провайдером услуг может компенсироваться пользователю при тарификации в последующий период пользования услугой.

Поскольку предоставление высококачественных услуг может стать для оператора решающим фактором для привлечения и удержания "выгодных пользователей", то в условиях конкурентного рынка SLA является важным инструментом при предоставлении пользователю услуг с желаемым качеством.

5.4 Требования, предъявляемые к средствам доставки информации в NGN

Мультисервисная сеть обслуживает трафик всех видов служб. Предъявлять одинаковые требования к показателям качества доставки информации для всех видов служб не представляется разумным по техническим и экономическим соображениям. Поэтому в рекомендации ITU-T Y.1541 выделено шесть классов, различающихся величинами показателей качества доставки.

Класс обслуживания "0" предназначен для обмена информацией в реальном времени (в частности, для речи с использованием IP технологии). Он предусматривает создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов. Для класса обслуживания "0" характерны ограничения на принципы маршрутизации (максимальное число транзитов) и допустимое расстояние между взаимодействующими терминалами (время распространения сигналов).

Класс обслуживания "1" также предназначен для обмена информацией в реальном времени, но с менее жесткими требованиями. Поэтому накладываются менее существенные ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, чем для класса "0". Также предусматривается создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов. Класс обслуживания "1" обеспечивает хорошее (good) качество телефонной связи.

Класс обслуживания "2" ориентирован на обмен данными с высокой степенью интерактивности. К этому классу относится, в частности, сигнальная информация. Для класса обслуживания "2" характерны такие же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, как для класса "0". Для пакетов этого класса формируется своя очередь на обработку, которая осуществляется со вторым приоритетом. Это означает, что пакеты классов "0" и "1" имеют преимущество по обслуживанию, по сравнению с пакетами других классов.

Классу обслуживания "3", предназначенному для обмена с менее высоким уровнем интерактивности, присущи те же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, что и классу "1". Обслуживание пакетов этого класса должно осуществляться со вторым приоритетом. Этот класс считается приемлемым для интерактивного обмена данными.

Класс обслуживания "4" предназначен для обмена различной информацией с низкой вероятностью потери (короткие транзакции, потоковое видео и прочие). Допускаются длинные очереди пакетов на обработку, которая осуществляется со вторым приоритетом. Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются.

Класс обслуживания "5" ориентирован на те IP приложения, которые не требуют высоких показателей качества доставки информации. Соответствующие пакеты формируют отдельную очередь; обслуживание осуществляется с самым низким приоритетом (в данном случае он имеет третий номер). Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются. Типичным примером услуг, поддерживаемых с классом обслуживания "5", можно считать "электронную почту".

5.5 Механизмы обеспечения качества обслуживания пользователей

В тех случаях, когда при доставке информации необходимо переходить от одной технологии коммутации к другой, например, от КК к КП, в IP сети необходимо устанавливать буфер, который сглаживает джиттер (вариацию) задержки пакетов. Обычно в этом буфере пакеты испытывают задержку в 10 - 20 мс.

Важный аспект рассматриваемой проблемы - взаимодействие с сетями мобильной связи. Широко распространенный в России стандарт GSM предусматривает низкоскоростное кодирование. Это приводит к росту задержки при обмене информацией и к некоторому ухудшению качества передачи голоса.

Очевидно, что нормирование показателей качества функционирования IP-сетей целесообразно осуществлять с учетом интересов всех Операторов. В любом случае каждый Оператор должен разработать свои предложения, касающиеся модернизации своей инфокоммуникационной сети.

На рисунке 3 приведена классификация услуг мультисервисных сетей. В некоторых технологиях доставки информации, например, Frame Relay, используется режим с установлением соединения (Connection-oriented, СО), а все ЛВС работают в режиме без установления соединения (Connectionless, CL). Служба ATM работает в обоих режимах, что позволяет ей более просто обеспечивать взаимосвязь ЛВС.

Услуги переноса предоставляются многопротокольной транспортной сетью и заключаются в прозрачной передаче информации пользователя между сетевыми окончаниями (Network Terminal, NT) без какого-либо анализа или обработки её содержания.

Услуга переноса, ориентированная на соединение, предназначена для передачи информации с помощью протоколов, требующих предварительного установления соединения (ATM, Frame Relay, X.25 и т.д.), или для передачи информации в режиме эмуляции синхронных цифровых каналов.

Услуга переноса, не ориентированная на соединение, предназначена для передачи информации с применением технологий, не требующих установления соединения, например, IP, Ethernet, Token Ring. Данная услуга предполагает реализацию в транспортной сети функций сервера CLS (Connectionless Server), основная задача которого заключается в обработке адресов получателей (включая групповые адреса) и управлении доставкой информации пользователя через многопротокольную транспортную сеть.

К основным особенностям, отличающим инфокоммуникационные услуги от услуг электросвязи, относятся:

в комплекс включают услуги всех уровней модели взаимосвязи открытых систем (ВОС), в то время как услуги электросвязи предоставляются на третьем (сетевом) уровне;

большинство инфокоммуникационных услуг функционирует по принципу "клиент-сервер", клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а серверная - в специальном сетевом узле, называемым узлом служб (Service Node, SN);

инфокоммуникационные услуги предполагают передачу мультимедиа информации, при этом, приложения, создающие нагрузку, предъявляют высокие требования к скорости передачи и характеризуются несимметричностью объемов входящего и исходящего информационных потоков;

инфокоммуникационные услуги предполагают преобразование информации из одного вида в другой, например, факс-текст, голос-текст и т.п.;

для эффективного предоставления инфокоммуникационных услуг могут требоваться сложные многоточечные конфигурации соединений;

для инфокоммуникационных услуг характерно широкое разнообразие прикладных протоколов и возможности по управлению услугами со стороны пользователя;

при предоставлении инфокоммуникационных услуг требуется преобразование логического номера, присваиваемого абоненту мультисервисной сети, в физический номер для маршрутизации вызова по многопротокольной транспортной сети;

при предоставлении доступа к инфокоммуникационным услугам должна осуществляться аутентификация пользователя.

Важным для инфокоммуникационных услуг является понятие "приложение". Приложение определяется как услуга, функциональность которой распределена между оборудованием поставщика услуги и оконечным оборудованием пользователя. Как следствие - оконечное оборудование участвует в предоставлении инфокоммуникационной услуги.

Инфокоммуникационные услуги, функционирующие по принципу "клиент-сервер", относятся к категории приложений.

К инфокоммуникационным услугам, прежде всего, следует отнести услуги мультимедиа.

В соответствии с Рекомендациями ITU-T, классификация услуг мультимедиа такова:

мультимедиа конференции (Multimedia Conference services);

сбора и накопления информации мультимедиа (Multimedia collection services);

диалоговые (Conversational services);

передачи сообщений (Message services);

услуги с выборкой информации (Retrieval services);

услуги с распределением (Distribution services) с индивидуальным управлением предоставлением информации со стороны пользователя и без такого управления.

На начальном этапе создания и эксплуатации мультисервисной сети основной услугой, предоставляемой пользователям, будет широкополосный доступ к Internet и связанные с ним услуги Web и FTP хостинга. Вместе с тем, по мере развития мультисервисной сети, получат распространение и другие услуги, такие как организация виртуальных частных сетей (VPN), IP-телефония, электронная коммерция, услуги службы универсальных сообщений (Unified messaging), дополнительные телефонные линии поверх ADSL, видео/аудио по запросу, интерактивные игры, видеоконференцсвязь, телемедицина, телеобучение.

В сети могут возникать локальные и глобальные перегрузки. Перегрузки приводят к понижению качества предоставляемых услуг.

Причины перегрузки многообразны. Они могут быть связаны:

с отказами элементов сети (линий, ЦСП, узлов);

с непредусмотренным ростом интенсивности поступающих в сеть пользовательских требований;

с недостатками проекта сети;

с неквалифицированным вмешательством технического персонала.

Концепция системы управления сетью может быть ориентирована на одну из стратегий:

статическое управление ресурсами;

динамическое управление ресурсами.

Стратегия статического управления сетью не может быть использована в цифровой сети, в которой интегрировано множество служб.

Динамическое управление сетью предполагает доступность данных об адресах объектов с отказами и перегрузками, о характеристиках сети в любой момент времени:

о среднем времени задержки пакетов в потоке;

о джиттере;

о вероятности потери пакетов при различных значениях приоритета перегрузки.

Контроль характеристик информационных потоков позволяет эффективно противостоять перегрузкам и повышать долю обслуженного трафика в поступающем трафике пользователей.

Достоинства динамического управления сетью общеизвестны:

высокая эффективность использования сетевых ресурсов;

высокая скорость локализации отказов и перегрузок и эффективное использование этих данных для нормализации работы сети;

высокая устойчивость работы сети в нестандартных условиях благодаря оперативному использованию резерва пропускной способности трактов и производительности узлов;

гарантии передачи потока пользователя с требуемой скоростью и качеством.

5.6 Защита от перегрузок

При перегрузках имеет место такое явление, когда исполненная нагрузка резко снижается. Наступает так называемая деградация сети, вызванная резким увеличением задержки, джиттера и потери пакетов.

Можно по-разному классифицировать методы борьбы с перегрузками. Если в качестве признака классификации принять реакцию сети на перегрузку, то можно выделить три категории:

менеджмент перегрузок;

предотвращение перегрузки;

восстановление работоспособности сети или ее элементов после перегрузки.

Менеджмент перегрузок

Менеджмент перегрузки осуществляется в области, где перегрузки нет, с целью предотвращения перегрузки.

Основными мерами защиты от перегрузок в этом случае являются:

распределение ресурсов;

сброс пакетов при контроле параметров трафика пользователя;

контроль доступа в сеть по пиковой скорости потока пакетов, гарантирующий отсутствие перегрузки полосы пропускания;

совершенствование архитектуры сети.

Предотвращение перегрузок

Основными методами предотвращения перегрузок являются:

так называемое явное прямое указание перегрузки (Explicit Forward Congestion Indication, EFCI);

маркировка пакетов при контроле параметров пользователя;

управление доступом к сети на основе доступной скорости по принципу "overbooking";

блокировка заявок;

контроль потока служб ПД без установления соединения на основе окна, скорости и кредита.

Управление доступом к сети

Управление доступом к сети при предотвращении перегрузок осуществляется в соответствии с принципом "overbooking", который заключается в том, что допускается установление большего количества соединений, чем позволяет ресурс пропускной способности при управлении доступом по пиковой скорости. Когда большое количество соединений использует общий ресурс, то маловероятно, что все они будут работать на пиковой скорости.

Восстановление сети после начавшихся перегрузок

Восстановление после начавшихся перегрузок это реакция на попадание сети в зону сильных перегрузок.

Основными методами восстановления являются:

селективный сброс пакетов при контроле параметров потока пользователя;

динамическое управление параметрами потока пользователя;

уменьшение интенсивности нагрузки под воздействием обратной связи;

обратная связь при наличии потерь;

разъединение (сброс) соединений;

управляющие воздействия операторов.



6. Преимущества

1)Построение единой конвергентной сети- это является основным преимуществом концепции NGN. Создание единой конвергентной сети, как было отмечено выше, стало возможно при развитии инфокоммуникаций и проникновении электронно-вычислительной техники в классическую телефонную среду.

2)Снижение эксплуатационных расходов. При использовании одной конвергентной сети вместо нескольких специализированных уменьшается число необходимого обслуживающего персонала. Уменьшается число разнородного оборудования. Мониторинг сети осуществляется эффективнее за счёт применения одного центра эксплуатации.

3)Эффективное управление сетью. При внедрении сети NGN упрощается управление сетью. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, объединением специализированных сетей в одну, и, во-вторых, применением технологий пакетной коммутации на базе протокола IP.

4)Простота создания корпоративных сетей. Применение NGN упрощает создание корпоративных сетей. При классическом подходе к построению сетей предприятию необходимо отдельно арендовать канал доступа в интернет и определённое количество телефонных линий, причём зачастую у разных операторов. Применение единого транспорта даёт возможность обойтись всего одним подключением. Кроме того, создание корпоративной сети на базе IP-телефонии (VPN) позволяет использовать на предприятии единый пул сокращённых телефонных номеров. Стоит отметить, что интеллектуальная сеть на базе коммутации каналов также позволяет организовать подобную услугу, однако она не нашла широкого применения из-за высокой стоимости и ограниченных функциональных возможностей.

5)Возможность организации распределённых контакт-центров.

Создание распределённого контакт-центра особенно важно для транснациональных компаний. Использование архитектуры "follow the sun" позволяет организовать круглосуточную техподдержку с использованием сотрудников различных стран.

6) Поддержка разнородных услуг.

Сеть NGN позволяет организовать поддержку услуг совершенно противоположными свойствами - от телеметрии до широкополосного видео. Пользователю могут быть предоставлены такие полосы пропускания и качество обслуживания, какие он закажет.

7) Поддержка информационной экономики.

Данный пункт особенно актуален для РФ. Создание NGN потребует развития высокотехнологичного производства. Информационные технологии являются возобновляемым ресурсом, который в будущем может и должен стать основой развитой экономики.



7. Недостатки

Наряду с явными достоинствами, сети NGN, на сегодняшний день, имеют ряд недостатков, которые необходимо отметить для полного формирования представления о сетях связи следующего поколения.

1)Одним из важнейших факторов, тормозящих развитие NGN, является отсутствие чёткой нормативной базы, определяющей архитектуру NGN. Фактически, единственным официальным документом министерства связи РФ, являются "концептуальные положения", определяющие принципы построения сети на самом общем уровне. Для выбора конкретной технологии оператору необходимо обладать решительностью и богатым собственным опытом, который не всегда подсказывает оптимальные решения. Зачастую операторам и производителям самим приходится составлять требуемые документы.

2)При отсутствии чёткой нормативной базы часто возникает проблема взаимодействия оборудования разных поставщиков.

3)Одной из проблем NGN является недостаточная квалификация персонала основных операторов. Опыта и знаний в данной области не хватает всем, однако в нашей стране эта особенность выражена наиболее явно. В реальном понимании как технических, так и коммерческих законов NGN специалисты не обладают достаточной квалификацией.

4) Проблема контента. Одной из главных проблем является недостаточная зрелость услуг нового поколения в новой бизнес-модели. Многие интернет-провайдеры жаждут интересного контента, однако никто не хочет платить за его разработку. Для нормального развития сетей NGN необходим мощный и качественный контент.

5)Риски инвестиций. Сеть NGN для чистой голосовой телефонии неэффективна. В настоящее время многие ошибочно считают, что недорогой маршрутизатор, пригодный для десяти компьютеров, будет с легкостью обслуживать десять телефонов. Но этого не произойдет, поскольку в телефонии другие требования к производительности и качеству, ведь это услуга действует в реальном времени.

...