Всегда на пике перемен

Картинка:

Автор: Юлия Волкова

В июне 2007 г. Международный союз электросвязи представил восьмое издание Ежегодного обзора «Тенденции реформирования электросвязи». Он посвящен сетям последующих поколений (СПП), которые в 2007 г. владеют вниманием тех, кто так или иначе связан со всем, что касается информационных технологий и электросвязи. Если оглянуться в прошлое, то легко заметить, что три года назад на анонсах всех конференций связистов мелькало слово «широкополосный», чуть позднее, кажется, вся телекоммуникационная общественность занималась внедрением VoIP, затем пришло время конвергенции. Все это этапы на пути эволюции. Мы видели, как возникали и развивались «специализированные» сети, предоставляющие отдельно взятые, четко определенные услуги — телефонию, телевидение, передачу данных — сначала в фиксированном формате, потом в подвижном. Чуть позже отдельно взятые сети — подвижные и фиксированные, проводные и беспроводные, наземные и спутниковые, вещательные и связные — начали «конвергировать», превращаясь в единые IP-сети, способные обеспечить пользователю в любой географической точке мира доступ к широчайшему спектру услуг и приложений, вне зависимости от имеющегося у него абонентского терминала.
Первое знакомство

Существует множество мнений о том, из чего состоит СПП. Различные операторы, которые начали процесс перехода на СПП, называют сетями последующих поколений очень непохожие друг на друга инфраструктурные образования. Одни, поменяв коммутацию каналов на коммутацию пакетов, считают, что создали СПП, и спешат опубликовать пресс-релиз. Другие ставят знак равенства между сетями СПП и IP-сетями. Для третьих СПП — это просто более точное определение некоторых усовершенствований, например, магистральная IP-передача международного вызова и IP в локальной сети.

Однако на вопрос «Что такое СПП?» есть, как минимум, три ответа, в зависимости от того, с какой точки зрения оценивать СПП. Если с позиции технологии, то в архитектуре СПП изменены как центральная часть, так и участки доступа, что полностью меняет способ доставки услуг конечным пользователям. На уровне центральной сети основным новшеством, привнесенным сетью последующих поколений, является введение пакетного уровня транспортировки. Он основан на нашем старом знакомом — интернет-протоколе, который используется в качестве универсальной транспортной технологии, способной работать с любыми типами услуг. Кроме того, для обеспечения требуемого качества обслуживания (QoS) этот транспорт обогащен механизмом многопротокольного переключения меток (MPLS).

Что касается услуг, предоставляемых СПП, то, с одной стороны, она обещает благоприятные условия для реализации той самой концепции «универсальной услуги», о которой сегодня так модно говорить в стенах Мининформсвязи, за счет расширения набора услуг, предоставляемых в одной сети. С другой стороны, СПП приносит с собой множество сложных проблем, в частности, снижение прибыли доминирующих операторов, используемых для финансирования программ универсальной услуги, вероятность дальнейшего увеличения цифрового разрыва, обусловленного неравномерным распределением прибылей от СПП.

На уровне конечного пользователя доступ к СПП предоставляется по широкополосной линии с коммутацией пакетов, способной обеспечивать оказание услуг передачи голоса, данных и других контентных услуг. Широкополосный доступ может быть предоставлен либо по технологии фиксированного доступа, либо по цифровой абонентской линии (DSL), по оптоволокну или по сети кабельного ТВ, либо с использованием беспроводной технологии, например широкополосного беспроводного доступа (BWA).

Король умер — да здравствует король!

Несмотря на то что электросвязь пережила и продолжает переживать множество больших и малых «технологических революций», ни одна из них в итоге не привела к полной и безоговорочной победе чего-то одного. Какая бы технология ни возводилась на престол «царицы технологий» в той или иной точке временного континуума — будь то спутники в середине 70-х, сотовая связь в конце 80-х, Интернет в 90-х или пресловутый WiMAX на переломе веков, — никто на этом троне долго не задерживался. Все эти «революции» вливались в единый поток поступательного развития. Так что и от перехода на СПП революционных изменений ждать не стоит.

Сегодняшний ажиотаж вокруг СПП и широко тиражируемые мнения экспертов (откуда интересно берутся «эксперты» в области того, чего пока еще не существует?) о том, что СПП в скором времени заменит собой все и вся, на мой взгляд, малооправданны. Конечно, процесс превращения всех сетей в полностью IP-сети уже не остановить. Участники рынка — производители, операторы, провайдеры услуг — с каждым годом увеличивают инвестиции в современную технологию, ожидая в ближайшем будущем головокружительных прибылей. В Европе, Северной Америке, Японии и Южной Корее в основу СПП закладывается оптоволоконная инфраструктура, с которой объединены широкополосные сети беспроводного доступа. В то время как операторы фиксированной связи подтягивают волокно все ближе и ближе к конечным пользователям, мобильные операторы активно инвестируют в подвижные сети третьего и даже четвертого поколений. И все эти сети — фиксированные и подвижные — постоянно усовершенствуются, предоставляя своим абонентам все более высокоскоростные услуги и все более широкополосные каналы. Этот путь практически неприемлем для нашей страны, где просторы необъятны, плотность населения в некотором удалении от МКАД, мягко говоря, невелика, а волоконно-оптические кабели либо отсутствуют полностью, либо принадлежат крупным магистральным операторам, которые «в розницу» емкостью не торгуют. Производители оборудования и регуляторы всего мира в один голос твердят, что для создания СПП необходимы десятки миллиардов евро. Такие инвестиции могут полностью разорить как страны «третьего мира», так и российские регионы. Однако при правильном «приготовлении» даже существующие сегодня оптоволоконные магистрали, объединенные с технологиями беспроводного доступа, могут предложить намного более богатое «меню» услуг связи, чем традиционная телефонная сеть с коммутацией каналов или подвижные сети 2G, причем гораздо дешевле.

Наш ли это путь?

Прежде чем очертя голову бросаться в омут перехода к сетям последующих поколений, следует оценить современное состояние инфраструктуры. Очевидно, там, где существуют надежные и современные фиксированные широкополосные каналы связи, нет необходимости менять хорошие проводные решения на более модные — беспроводные. Беспроводной доступ будет продолжать играть ключевую роль для тех перемещающихся пользователей, которые стремятся получить повсеместное покрытие, но и они, находясь в стационарных условиях (дома или на работе), вероятно, будут широко использовать фиксированные линии.

На рисунке, где показано увеличение количества фиксированных линий, абонентов мобильных сетей и пользователей Интернета за последнее десятилетие, легко заметен успех мобильного сектора. Но не стоит забывать, что, если каждому абоненту требуется свой мобильный телефон, то одной фиксированной линией пользуется целая семья, а то и небольшая компания (установив офисную АТС). Поэтому, пересчитав количество фиксированных линий на число абонентов, т. е. умножив их число в среднем на 5–7, можно получить совсем иную картинку.

Сравнительно недавний головокружительный успех услуг мобильной связи был обусловлен ростом потребительских возможностей, расширением зоны обслуживания сети и постоянным появлением новых и новых услуг. Эти же факторы могут способствовать распространению широкополосного беспроводного доступа в Интернет даже там, где фиксированная инфраструктура плохо развита, поскольку цены на мобильные терминалы, которые поддерживают и голосовые приложения, и приложения Интернет, становятся все более доступными.

В сфере широкополосной инфраструктуры операторы в наиболее развитых странах стремятся проложить оптоволокно как можно ближе к пользователю, успешно развивая несколько широко известных проектов: FTT Home (FTTH), где кабель входит в каждый дом; FTT Building (FTTB), где кабель доводится только до здания; FTT Curb (FTTC) или FTT Kerb (FTTK), где кабель доводится только до узла вблизи зданий; FTT Node (FTTN) или FTT Cabinet (FTTCab), где кабель доводится только до распределительного шкафа телекоммуникационного оборудования, к которому подключены все дома по соседству. Все перечисленные варианты носят название FTTx.

СПП уже сегодня?

Пусть вас не пугает термин «сети последующих поколений». А то они могут стать чем-то вроде «завтра, которое никогда не бывает сегодня». Отнеситесь к нему как к названию, и не более того. Сегодня СПП обычно используется для обозначения почти всех нововведений в инфраструктуре предоставления услуг:

Все это можно получить уже сегодня. Мы пользуемся возможностями СПП, не задумываясь, что одной ногой уже находимся в сети последующих поколений просто потому, что СПП — это объединение всего, что было наработано человечеством за последние 175 лет — с того момента, как в 1832 г. российский изобретатель Павел Львович Шиллинг создал систему электромагнитного телеграфа, или с того дня, как Сэмуэл Морзе запатентовал в 1937 г. первый электромеханический телеграф.

Ожидания

По мнению сторонников СПП, эти сети должны предоставлять возможности (инфраструктуру, протоколы и т. д.) для создания, развертывания и управления всеми возможными видами услуг (как давно и успешно используемыми, так и пока еще не придуманными). Сюда входят самые разные услуги (аудио, визуальные, аудиовизуальные) со всеми типами схем кодирования и услуги диалоговые, услуги с адресацией конкретному устройству, групповой адресацией и передаваемые в вещательном режиме (т. е. всем, кто находится в зоне обслуживания), услуги передачи сообщений, услуги простой передачи данных в реальном масштабе времени и в автономном режиме, услуги с регулированием задержки и не восприимчивые к задержке. Услуги с различными требованиями к ширине полосы пропускания — от нескольких Кбит/с до сотен Мбит/с, услуги, требующие и не требующие гарантированной полосы. Причем технология транспортировки должна быть способна поддерживать все эти услуги. Кроме того, все услуги, как существующие, так и новые, должны предоставляться вне зависимости от используемой сети и типа доступа.

Одной из основных характеристик СПП является отсутствие зависимости между самими услугами и их транспортировкой, что позволяет предлагать их пользователю отдельно и развивать независимо. Именно поэтому в архитектуре предусмотрено четкое разделение между функциями обслуживания и функциями транспортировки.

В СПП функциональные объекты, контролирующие выполнение установленных правил обмена информацией, управляющие сеансами связи, определяющие характеристики среды передачи, регулирующие распределение ресурсов сети, осуществляющие доставку услуг, обеспечивающие защиту информации и т. д., могут быть расположены в различных элементах инфраструктуры и находиться как в существующих, так и в новых сетях. Таким образом, эти функциональные объекты фактически разнесены в пространстве, то есть связываться друг с другом они вынуждены через открытые интерфейсы. Следовательно, еще одним важным моментом для СПП является стандартизация протоколов. Взаимодействие между сетями СПП разных операторов, между сетями СПП и сетями предыдущих поколений, такими, как сотовая сеть GSM или «старая добрая» телефонная сеть общего пользования с коммутацией каналов (ТфОП), или цифровая сеть с интеграцией служб, которую мы больше знаем под именем ISDN, обеспечивается с помощью шлюзов сигнализации и магистральных.

Поскольку СПП должна «произрасти» из существующих сетей, не ломая (или не сразу ломая) сложившиеся привычки и стереотипы пользователей и не навязывая им необходимости покупать новые абонентские устройства, она должна уметь «видеть» как существующие, так и «знакомые с СПП» оконечные устройства. Поэтому среди оконечных устройств, подключенных к СПП, будут и аналоговые телефонные аппараты, и факсимильные аппараты, и аппараты ЦСИС, и сотовые мобильные телефоны, и терминалы GPRS, и оконечные устройства, работающие по протоколу SIP (Session Initiating protocol — протокол инициирования сеанса связи), и телефоны для передачи в стандарте Ethernet через персональные компьютеры, и цифровые центры приема — передачи данных, и кабельные модемы и т. д.

Пути эволюции

Коммутируемые телефонные сети общего пользования или цифровые сети с интеграцией служб (ТфОП/ЦСИС), являясь наиболее распространенными сетями электросвязи, считаются основными кандидатами для эволюционного превращения в сети последующего поколения. Именно из-за широчайшего распространения и повсеместного использования сетей ТфОП/ЦСИС их эволюция по направлению к СПП будет представлять собой не одномоментный, а растянутый во времени пошаговый процесс.

Этап первый — анализ

В общем виде сеть ТФОП/ЦСИС состоит из следующих самостоятельных, до некоторой степени, объектов:

В сетях ТфОП/ЦСИС большая часть функциональных средств располагается в одной АТС, в СПП — могут быть распределены по нескольким элементам.

Транспорт

Транспорт — важная составляющая любой сети. К его компетенции относятся функции, выполняемые оборудованием пользователя (терминалами, учрежденческими АТС, маршрутизаторами), оборудованием сети доступа (модулями завершения канала, удаленными или местными концентраторами, мультиплексорами) и оборудованием центральной сети (местными АТС, средствами передачи, транзитными и международными АТС).

Сигнализация и управление

Сеть ТфОП/ЦСИС использует такие системы сигнализации, как сигнализация в аналоговом канале, сигнализация по выделенному каналу и сигнализация по общему каналу типа SS7 или DSS1. Все эти системы сигнализации предназначены для сетей с коммутацией каналов. Поскольку транспортные каналы СПП работают с коммутацией пакетов, то могут потребоваться другие типы сигнализации (например, BICC, SIP-I и т. п.). Поскольку сеть СПП должна работать совместно с сетями ТфОП/ЦСИС и другими, необходимо обеспечить взаимодействие между системами сигнализации СПП и более ранних сетей.

Управление

Управление в сетях ТфОП/ЦСИС осуществляется в виде определенных действий центральной сети, сети доступа, интеллектуальной сети и системы функциональной поддержки. Система управления в СПП состоит из трех плоскостей — управления сетью, контроля сети и управления услугой. Каждая из них выполняет соответствующие функции управления для каждого уровня в многоуровневой модели СПП. Для взаимодействия между плоскостями определены стандартные интерфейсы. Эволюция систем управления сетями ТфОП/ЦСИС требует плавного перехода на систему управления СПП через некоторые промежуточные этапы.

Услуги

Услуги сетей ТфОП/ЦСИС, которые традиционно оказывают телефонные станции, в СПП могут предоставляться серверами приложений. Отдельные услуги могут быть реализованы на сервере вызова. Ожидается, что в СПП при помощи переходного момента — эмуляции сетей ТфОП/ЦСИС — будут предоставляться некоторые услуги сетей прошлых поколений. Причем пользователь даже не заметит, что в сети оператора что-то изменилось. Однако пока нет гарантии, что на переходном этапе эмуляции сетей прошлых поколений все эти услуги будут по-прежнему доступны. Возможно, терминалы прошлых поколений будут подключаться к СПП через адаптеры.

Примеры сценариев эволюции сети

Все сценарии эволюции по направлению к СПП основаны на разделении функциональных средств транспортировки, контроля, обслуживания и аспектов управления.

Сценарии эволюции предполагают выполнение одного или нескольких шагов, в зависимости от степени реализации разделения. Эволюция требуется как для центральной сети, так и для сети доступа.

Эволюция центральной сети

Сервер вызова (CS) — это центральный элемент сетей ТфОП/ЦСИС. Он управляет вызовом, шлюзом, ресурсами, маршрутизацией, профилем пользователя, выполняет аутентификации абонента, авторизацию соединения и ведет учет.
Для того чтобы подготовить сети ТфОП/ЦСИС к эволюции по направлению к сети с коммутацией пакетов, в качестве первого шага могут быть удалены некоторые местные АТС, а все их функции (управление, учет и т. д.) переданы оставшимся местным АТС. Те блоки доступа пользователя, УАТС и сети доступа, на которых скажется такое удаление, должны быть соединены с оставшимися местными АТС.

В наиболее вероятном первоначальном подходе к эволюции сетей ТфОП/ЦСИС на протяжении переходного периода сети ТфОП/ЦСИС будут сосуществовать с сетями с коммутацией пакетов. Такой сценарий предполагает двухэтапную реализацию. На первом этапе некоторые местные АТС заменяются шлюзами доступа. Кроме того, к шлюзам доступа присоединяются отдельные элементы доступа, которые изначально присоединялись к местным АТС. Дополнительные шлюзы доступа устанавливаются для обеспечения работы новых абонентов. На втором этапе шлюзами доступа заменяются все оставшиеся местные АТС, транзитные АТС удаляются, а их управляющие функции передаются серверу вызова. На обоих этапах для связи пакетных сетей с транзитными АТС сетей прошлых поколений, а также с сетями ТфОП/ЦСИС других операторов используются магистральные мультимедийные шлюзы и шлюзы сигнализации. Их работой управляет сервер вызова.

Другой сценарий перехода предполагает, что сеть ТфОП/ЦСИС уже на первом этапе заменяется сетью с коммутацией пакетов, а функции транзитной АТС выполняются шлюзами сигнализации и магистральным. Через эти же шлюзы местные АТС и сети ТфОП/ЦСИС соединяются с пакетной сетью. На втором этапе местные АТС и другие элементы доступа удаляются, а их функции передаются шлюзам доступа и серверу вызова. УАТС присоединяются непосредственно к шлюзам доступа. Сети доступа либо заменяются шлюзами доступа, либо присоединяются к ним. Связь с сетями ТфОП/ЦСИС других операторов, как и в предыдущем случае, осуществляется через шлюзы сигнализации и магистральные. Работой всех шлюзов доступа и магистральных шлюзов управляет сервер вызова.

Существует еще один — одношаговый сценарий. В соответствии с ним местные АТС сразу заменяются шлюзами доступа, а их функции делятся между шлюзами доступа и сервером вызова. В частности, серверу вызова передаются функции управления вызовом и учета. Все элементы доступа либо заменяются шлюзами доступа, либо присоединяются к ним. Функции местных АТС и обеспечение взаимодействия между СПП и сетями ТфОП/ЦСИС других операторов осуществляются магистральными шлюзами, работой которых управляет сервер вызова, и шлюзами сигнализации.

Эволюция на основе мультимедийной IP-подсистемы (IMS)

Мультимедийная IP-подсистема (IMS) — это комплект функциональных элементов центральной сети, используемый для предоставления услуг на базе протокола инициирования сеанса связи (SIP). IMS поддерживает регистрацию пользователя и оконечного устройства в месте их присоединения к сети. На этапе регистрации IMS выполняет аутентификацию и другие мероприятия по обеспечению безопасности. Среди услуг, поддерживаемых подсистемой IMS, могут быть услуги мультимедийного сеанса связи и некоторые услуги, не относящиеся к сеансу связи, например, услуги присутствия или услуги обмена сообщениями.

В дополнение к услугам для пользователя IMS поддерживает услуги для оператора: взаимодействие и формирование сетевых соединений с различными внешними сетями; сбор данных для выполнения операций по расчетам и выставлению счетов и др.

Рассмотрим сценарий, в котором превращение сети ТфОП/ЦСИС в сеть с коммутацией пакетов выполняется на базе инфраструктуры центральной мультимедийной IP-подсистемы. В этом варианте оконечные пользователи получают доступ к сети через оборудование СПП или оборудование прошлых поколений, которое соединяется с СПП через шлюз доступа.

Взаимодействие между СПП и сетями ТфОП/ЦСИС других операторов обеспечивается магистральными мультимедийными шлюзами и шлюзами сигнализации.

Эволюция сети доступа

Существует три возможных шага эволюции сети доступа.

Наверное, пока слишком рано определять точные сроки всеобщего перехода на СПП и регуляторные правила их функционирования, тем не менее, понятно, что он уже начался и обещает внести существенные коррективы в общий «пейзаж» инфокоммуникационных технологий. С ним связаны не только новые возможности для операторов и новые преимущества для потребителей. Вот увидите — он поставит сложные задачи перед регуляторами электросвязи и теми, кто формирует политику отрасли.