Сеть NGN города Рязани

· Уровень бизнес-управления (Business Management Layer, BML) рассматривает сеть связи с позиций общих бизнес-целей компании-оператора. Он относится к стратегическому и тактическому управлению, а не к оперативному, как остальные уровню LLA. Здесь речь идет о проектировании сети и планировании ее развития с учетом бизнес-задач, о составлении бюджетов, организации внешних контактов и пр.

Таким образом, уровни LLA задают функциональную иерархию процедур управления сетью без физической сегментации административного программного обеспечения. Причина появления этой иерархии - в необходимости логического отделения функций управления отдельными сетевыми элементами от функций, относящихся к их группам и сетевым соединениям. Понятно, что приближение административных процедур к тем ресурсам, на которые направлено их воздействие, повышает эффективность управления. Кроме того, иерархия LLA позволяет использовать открытые стандартные интерфейсы для организации взаимодействия между разными уровнями

В условиях современной конвергенции и интеллектуализации сетей связи возникла необходимость пересмотреть подходы к управлению. Рассмотрим основные причины этой необходимости.

Особенностью Сетей связи Нового Поколения (Next Generation Networks, NGN), с точки зрения управления является то, что эти сети состоят из большого числа разнотипных компонентов.

Система управления должна представлять собой набор решений, обеспечивающих управление сетями, реализованными на базе различных технологий, предоставляющих различные услуги и построенных на оборудовании различных производителей.

Систему управления NGN целесообразно строить с использованием объектно-ориентированной распределенной структуры. Объектная ориентированность заключается в представлении системы в виде совокупности объектов, каждый из которых имеет свои свойства (атрибуты) и операции, которые может выполнять. Данная технология используется в анализе, проектировании и программировании сложных систем, и одним из основополагающих справочников по ней можно назвать.

При разработке системы управления необходимо придерживаться концепции открытой модульной архитектуры, позволяющей разрабатывать и внедрять новые модули, работать с существующими приложениями и легко модернизировать уже работающие модули системы.

Здесь возникает резонный вопрос: ведь концепция TMN как раз и направлена на управление с использованием объектных моделей и распределенной архитектуры, почему же в таком случае возникла необходимость пересмотра принципов управления?

Ответ можно получить, рассматривая не саму модель TMN, а возможность ее реализации и внедрения на реально работающих предприятиях связи. Практически все производители программного обеспечения биллинговых систем и систем класса OSS пытались в той или иной мере реализовать предлагаемые TMN подходы, однако столкнулись с трудностями реализации и внедрения своих продуктов. Дело в том, что если рекомендации ITU-T достаточно четко декларируют интерфейсы и протоколы для нижних уровней модели (до уровня управления сетью включительно), то для верхних уровней нет не только четких указаний, но и полного понимания, какими они должны быть, поскольку изначально проблемам взаимодействия внутри TMN уделялось мало внимания. В результате, каждый поставщик получает в лице заказчика львиную долю сизифова труда по интеграции своей системы с уже имеющимися модулями. Оператор связи, в свою очередь, затрудняется выбрать достойного поставщика, поскольку предлагаемые системы имеют различную функциональность, часто не удовлетворяющую все потребности конкретного предприятия. Решение проблемы выбора, опирающееся не на волевое решение, а на математическую модель потребностей оператора связи.

Из всего вышесказанного следует вывод, что реализация модели управления сетью электросвязи «снизу вверх», как это сделано в TMN, не удовлетворяет современным требованиям реальных операторов связи и сервис-провайдеров. Существует другой путь, которым пошел международный консорциум TeleManagement Forum (TMForum, TMF) - моделирование «сверху вниз», от логики бизнес-процессов к самим процессам.

Модель схемы сетевых операций

TeleManagement Forum - это международный консорциум сервис-провайдеров и поставщиков систем для телекоммуникаций. Его цепь состоит в том, чтобы помочь операторам автоматизировать бизнес-процессы максимально эффективным по стоимости и времени путем. В частности, работа TMF проводится в следующих областях:

· изучение возможностей для разработки конкурентоспособных продуктов для интеграции и автоматизации бизнес-процессов операторов связи;

· новое поколение операционных систем и программного обеспечения (New Generation of Operation Systems and Software, NGOSS);

· моделирование и автоматизация бизнес-процессов;

· принятие соглашений о составе информации, которая передается от одного процесса к другому;

· управление сетевыми технологиями следующего поколения;

· интеграция и практическая реализация аппаратных систем;

· управление услугами;

· управление электронной коммерцией;

· регламентирование взаимодействия с потребителями услуг. Среди участников TMF - сервис-провайдеры, операторы связи и поставщики аппаратного и программного обеспечения для отрасли телекоммуникаций. В такой комбинации из разработчиков и потребителей Систем Поддержки Операций, у ТМ Forum'a есть возможность достичь реальных результатов в разработке спецификаций действительно нужных программных продуктов.

Основными задачами TMF являются осуществление стратегического руководства и принятие практических решений в цепях повышения качества и эффективности управления телекоммуникационными услугами и эксплуатации сетевых ресурсов.

Некоторое время TMForum работал над улучшенной концепцией TMN под названием SMART TMN, однако спустя некоторое время после начала работы было признано, что TMN не совсем подходит для решения задач управления бизнесом и услугами. Анализируя сложность и дороговизну внедрения систем управления на базе TMN, указывается следующее: «Модель TMN имеет простой и очень общий смысл, но ее конкретная практическая реализация - депо сложное. Все множество разработанных в настоящее время стандартов, касающихся TMN и описывающих всевозможные интерфейсы, затрудняет видение и понимание общей картины, так как эти стандарты разрабатывались ITU-T постепенно в направлении от элементного управления, что делает крайне затруднительным их применение в качестве стандартов для построения системы управления бизнес-процессами».

Для того, чтобы экономически эффективно управлять бизнесом и соответствовать требованиям клиентов по составу и качеству услуг, телекоммуникационные компании должны строить работу с клиентами и систему управления услугами на базе методологии бизнес-процессов. Обобщенной моделью бизнес-процессов для предприятий связи является Схема Телекоммуникационных Операций (Telecom Operations Map, ТОМ) (рис. 2.6.2).



Рис. 2.6.2 Схема телекоммуникационных операций.

ТОМ - это документ, где описываются основные бизнес-процессы повседневной деятельности оператора связи. Они могут быть разделены на три большие функциональные группы - техническую, технологическую и организационную (на рисунке они представлены в виде трехуровневой структуры).

Биллинг услуг сетей нового поколения

Общие требования к биллинговым системам. На сегодняшний День в России существует несколько десятков биллинговых систем, ориентированных на сети связи различной емкости. В соответствии с Общими Техническими Требованиями, утвержденными в 1998 г. Минсвязи России, эти системы выполняют широкий диапазон функций, включающий в себя следующие:

· сбор, обработка и ввод первичных данных о предоставленных у лугах;

· абонентский учет;

· регистрация и контроль оплат;

· ведение нормативно-справочной информации;

· тарификация и расчет;

· формирование счетов абонентам;

· информационно-справочное обслуживание абонентов;

· формирование статистических и аналитических документов;

· поддержка взаиморасчетов с операторами-партнерами;

· управление коммутационным оборудованием.

В соответствии с современными требованиями к системам поддержки операций этот список можно дополнить следующими пунктами:

· учет и контроль качества предоставляемых услуг (Quality of Service, QoS);

· контроль выполнения пользовательского соглашения (Service License Agreement, SLA);

· Fraud-контроль и управление безопасностью связи.

Отметим особую важность fraud-контроля. Ежегодные потери от fraud (англ. - мошенничество) в телекоммуникациях составляют 13 млрд. долл. С появлением более сложных технических решений и услуг ожидается рост еще на 20%.

Реорганизация компаний, множественность услуг, сложные технически услуги дают больше возможности для fraud. Поэтому для любого оператора, независимо от его местонахождения, нежелательно заключать роуминговое соглашение без принятия соответствующих мер, ограничивающих возможность мошенничества. Долгое время не существовало никаких способов fraud-контроля.

Для борьбы с fraud существуют два возможных пути: малоэффективный, но недорогой, или эффективный и дорогостоящий. В первом случае инструментом fraud-контроля выступает модуль подготовки отчетов биллинговой системы, на который возлагается функция выборки информации обо всех соединениях, являющихся недопустимыми в данной сети. Для повышения эффективности необходимо имеет доступ к информации о соединении в режиме времени, близком к реальному, который можно обеспечить, например, с помощью стандартa ANSI-124.

В целом, существующие системы отвечают модульному принцип построения, при котором каждая функция решается отдельным программным или программно-аппаратным модулем, однако межмодульные интерфейсы не всегда можно назвать открытыми, что привод порой к невозможности внедрения в систему новой необходимой функциональности, часто коренным образом отличающейся от прежней.

В то же время, наполняя свои изделия в большей или меньшей степени указанной выше функциональностью, разработчики производят на свет этакого «монстра», инсталляция, сопровождение и, самое главное, использование которого оставляют желать лишь одного - появления хоть каких-то стандартов в этой области.

В условиях управления мультисервисными сетями связи такое положение, прямо скажем, недопустимо. Между тем, ТМ Forum вот уже несколько лет предлагает четко формализовать процесс управления по принципу «разделяй и властвуй», используя уже описанную выше концепцию NGOSS. Биллинговая система, в «классическом» толковании этого понятия, должна обеспечивать процесс расчета стоимости услуги, формирование счетов абонентам и регистрацию оплат, этих счетов. Все остальные перечисленные и вновь появляющиеся функции должны взять на себя независимые модули Системы Поддержки Операций.

Особенности биллинговых систем для мультисервисных сетей.

Особенности мультисервисных сетей вносят свои коррективы в требования к системам управления ими. Основное отличие мультисервисной сети от существующей в настоящее время гетерогенной сети предоставления услуг электросвязи у региональных операторов состоит в четком разделении понятий «сеть доступа» и «транспортная сеть», а также в том, что сеть доступа может иметь многофункциональные терминалы. С одного и того же абонентского окончания могут оказываться различные услуги. К примеру, абонент может воспользоваться услугой телефонной связи (обычный телефон), передачи данных (модем с выходом на сервер доступа к сети ПД данного оператора), получения коммутируемого канала (модем с выходом на сервер доступа к сети ПД стороннего оператора или телефон с выходом на шлюз VoIP провайдера соответствующих услуг). Вариантов может быть великое множество. Для поддержания конкурентоспособности оператора связи, предоставляющего мультисервисный доступ, в данной ситуации важно учесть значимое большинство вариантов, разработать и внедрить гибкую маркетинговую политику. Без такого инструмента, как надежная, гибкая и оперативная система управления, решить подобную задачу не представляется возможным.

Ниже будут рассмотрены ключевые особенности мультисервисных сетей, приводящие к определенным трудностям в реализации систем Управления, и механизмы, позволяющие эти трудности преодолеть.

Гетерогенность, как уже отмечалось, свойственна не только мультисервисным сетям. С проблемами биллинга услуг гетерогенных сетей столкнулись все региональные операторы связи, такие как бывшие «xГТС» и АО «Электросвязь x области». Кратко напомним об этих трудностях.

В связи с использованием на сетях оборудования различных поставщиков, при создании системы управления, как правило, существуют два варианта ее построения:

1. Применение отдельных программных приложений управления для конфигурирования технических средств, мониторинга, диагностики и тестирования ряда элементов сети (например, оборудования одного поставщика) или сети одного вида (например, только сети SDH, только сети ATM и т.д.).

2. Использование комплексной платформы управления, которая позволяет осуществлять комплексное управление различными вида ми сетей и служб связи из единого центра

В результате первого подхода имеем набор из нескольких (хорошо, если число измеряется в единицах) разнородных систем. Набор предоставляемых ими данных и возможностей достаточно широк, однако не всегда существуют открытые интерфейсы взаимодействия централизованной системой управления. Организовывать же «ручной» ввод управляющей информации нецелесообразно, неэффективно и, в конечном счете, дорого.

Следовательно, необходим некий программный продукт класс EAI (Enterprise Application Integration), который определил бы единые правила для всех используемых информационных подсистем, что и предлагается вторым подходом. Создание данного продукт силами оператора связи практически невозможно - в битвах за «преимущества» «доморощенного» биллинга сломано уже немал копий. Остается надежда на системного интегратора. Чаще всего им выступает поставщик биллинговой системы, как ключевого решения - сторонний интегратор может лишь ухудшить и без тог запутанное положение. В результате получаем полную зависимость данной интеграции от квалификации сотрудников фирмы поставщика биллинга. С одной стороны это неплохо, поскольку большинство серьезных компаний, поставляющих системы класса OSS, на сегодняшний день имеют готовые решения для подобны действий. Однако риск получить «гетерогенность гетерогенности» все же имеется.

Существенен также следующий момент: достаточно велик объем информации от сетевых элементов. Методов оптимизации трафик может быть несколько и использовать их можно в любых комбинациях:

1. Размещение Q-адаптера в непосредственной близости от сетевого элемента для уменьшения длины требуемого «широкого» канала передачи первичных данных.

2. Уменьшение трафика за счет преобразования данных с выделением наиболее существенной и отбрасыванием несущественной информации Записей об измеренном использовании услуги (Usage Metering Record, UMR).

3. Использование алгоритмов сжатия передаваемых в центр обработки данных. Эффективность сжатия в среднем такова, что позволяет уменьшить объем данных на 60%.

4. Интеграция многих UMR в одну запись о транзакции (агрегация), например, при сборе информации с коммутаторов пакетных сетей передачи данных. Нет необходимости выставлять абоненту счет за каждый переданный по IP-сети пакет - эти данные можно суммировать за некоторый промежуток времени.

5. Создание «интеллектуальных» устройств-посредников (Mediation Device, MD), обладающих функциональностью предбиллинговых модулей и взаимодействующих с более широким кругом подсистем системы управления, чем стандартные устройства этого класса, например, с биллинговым модулем, модулем обработки платежей и т.п. Это позволит, во-первых, распределить объем вычислений, связанный с обработкой первичных данных, по независимым компьютерам, а во-вторых, уменьшить трафик за счет передачи информации, относящейся непосредственно к состоянию абонентских лицевых счетов.

В связи с разделением в современной телекоммуникационной концепции понятий «сеть» и «услуга», с точки зрения управления услугами возникают следующие проблемы:

1. Поставщики разделились на провайдеров услуг передачи информации и контент-провайдеров.

2. Поставщики услуг (особенно контента) могут находиться в любом месте сети или даже в сети оператора-партнера.

3. Каждый оператор связи имеет большое количество взаимодействующих с ним компаний-операторов. Необходимо обеспечить оперативную систему взаиморасчетов по оказанным «гостевым» абонентам услугам.

Само понятие мультисервисности подразумевает широкий набор услуг и способов расчета их стоимости. Проблема может быть решена распределением задачи обработки информации по нескольким компьютерам. При этом необходимо иметь достаточно мощную СУБД, поскольку в подавляющем большинстве российских разработок базы данных имеют централизованную организацию, либо создавать распределенную базу данных, что, в свою очередь, повлечет за собой усложнение механизмов синхронизации информации и увеличение объема передаваемых данных.

Система управления в идеальном случае должна настраиваться на расчет любого типа услуг с любой логикой (путем конфигурации или внутреннего языка сценариев), а в неидеальном - поддерживать возможность добавления новых модулей расчета стоимости услуг без остановки работы ядра системы.

Одним из основных требований к услугам, а, следовательно, и к шиллинговым системам нового поколения, является учет качества оказанной услуги (состояние оборудования предоставления услуги, качество каналов связи, качество запрошенного абонентом сервиса, к примеру, разрешение видео и т.п.) и использование этих данных при расчете ее стоимости.

Для обеспечения учета качества оказанной услуги необходимо получить эту информацию от сетевых элементов и интегрировать ее по определенным бизнес-логикой правилам в единый показатель качества, например, коэффициент, повышающий или понижающий базовую цену данного сервиса.

Получение подобной информации чаще всего выполняется системами контроля качества производителей сетевых элементов, после чего она может быть перенесена в расчетную систему. Разделению функций между ядром системы управления и посреднического устройства (MD) для систем контроля качества позволит избежать перегрузки базовых расчетных операций, если возложить работу по формированию упомянутого выше коэффициента на MD.

3. Техническая часть

Основные этапы планирования.

Считая, что в настоящее время волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) наиболее перспективны для построения различных сетей связи, а ОК - основной вид физической среды передачи, будем иметь в виду в основном ВОЛС, хотя в конкретных случаях оптимальными техническими решениями могут быть и другие.

Как для транспортной, так и корпоративной сетей предусматриваются следующие основные этапы инженерного планирования сетей:

· определение или задание требуемой емкости (базовой скорости передачи) сети;

· выбор среды передачи (КЛС, ВОЛС, РРЛ и т.п.);

· выбор вида ВОЛС и типа или типов ОК для них;

· выбор базовых сетевых технологий и систем передачи;

· выбор конфигурации сети и схем резервирования;

· выбор аппаратуры ЦСП и другого сетевого оборудования;

· разработка схем организации сети в соответствии с исходными данными или техническими условиями;

· оптимизация схемы организации сети по заданным критериям в соответствии с общей стратегией или концепцией построения сети;

· первичная оптимизация топологии и схемы организации сети по стоимостным показателям;

· разработка технического задания на проектирование сети;

· разработка принципов эксплуатационно-технического обслуживания;

· определение этапов и приоритетов в построении сети.

Выделим основные моменты подхода к проблеме инженерного планирования сетей:

· Долгосрочное планирование.

· Выбор среды передачи.

· Анализ существующего и определение планируемого трафиков.

· Классификация узлов сети и выбор базовых топологий сети.

· Анализ и определение требований по надежности.

· Обеспечение заданного уровня надежности в сети.

· Определение энергетического потенциала линий связи и аппаратуры.

· Определение стоимости линий связи, аппаратуры и оборудования.

· Учет специальных условий и требований заказчика сети.

· Оптимизация сети (с помощью соответствующих программных средств).

· Деление сети на управляемые части или сегменты.

При этом должны предусматриваться возможности дальнейшего развития и необходимый уровень эксплуатации планируемой сети. Кроме этого необходимо учитывать основные информационно-технические характеристики, которые существенно определяют возможности будущей сети по предоставлению гарантированного качества обслуживания пользователей и всей сети в целом.

3.1 Разработка структурной схемы

Выбор топологии сети доступа.

Наиболее перспективными технологиями доступа являются технологии на основе оптических сетей, т.к. они обеспечивают максимальную пропускную способность.

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: "кольцо", "точка-точка", "дерево с активными узлами", "дерево с пассивными узлами".

"Кольцо"

Кольцевая топология на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все обстоит также хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратится в сильно изломанное кольцо со множеством ответвлений, подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную - “сжатых” колец (collapsed rings), что значительно снижает надежность сети. Фактически главное преимущество кольцевой топологии сводится к минимуму.

Рис. 3.1.1. Топология кольцо.

"Точка-точка" (P2P)

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например, использующих оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации, при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.

Рис. 3.1.2 Топология точка-точка.

"Дерево с активными узлами"

Дерево с активными узлами - это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.



Рис. 3.1.3. Топология «дерево с активными узлами».

"Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)"

Решения на основе архитектуры PON используют логическую топологии "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint) , которая положена в основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре, за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, т.к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии - сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия о второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так по оценкам компании NTT конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости к центральному узлу оказывается экономичнее, чем сеть точка-точка, хотя сокращение длины оптического волокна практически нет!



Рис. 3.1.4. Топология «дерево с пассивными оптическими узлами».

Приведём сравнительную характеристику стандартов PON

Характеристики	APON (BPON)	EPON	GPON
Институты стандартизации / альянсы	ITU-T SG15 / FSAN	IEEE / EFMA	ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия стандарта	октябрь 1998	июль 2004	октябрь 2003
Стандарт	ITU-T G.981.x	IEEE 802.3ah	ITU-T G.984.x
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	155/155 622/155 622/622	1000/1000	1244/155,622,1244 2488/622,1244,2488
Базовый протокол	ATM	Ethernet	SDH
Линейный код	NRZ	8B/10B	NRZ
Максимальный радиус сети, км	20	20 (>30?)	20
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	16	64 (128?)
Приложения	любые	IP, данные	любые
Коррекция ошибок FEC	предусмотрена	нет	необходима
Длины волн прямого/обратного потоков, нм	1550/1310 (1480/1310)	1550/1310 (1310/13103)	1550/1310 (1480/1310)
Динамическое распределение полосы	есть	поддержка4	есть
IP-фрагментация	есть	нет	есть
Защита данных	шифрование открытыми ключами	нет	шифрование открытыми ключами
Резервирование	есть	нет	есть
Оценка поддержки голосовых приложений и QoS	высокая	низкая	высокая

Из выше приведённых технологий доступа наиболее привлекательной является технология GPON, т.к. она обладает наибольшей пропускной способностью и поддерживает необходимое качество обслуживание.

Выбор транспортной технологии.

Технология SDH.

ЦСП-SDH представляет собой набор стандартизованных информационных структур, предназначенных для транспортировки сигналов по сети электросвязи. Главным из них является синхронный транспортный модуль N-гo порядка STM-N. Пропускная способность ЦСП-SDH определяется используемым уровнем иерархии SDH и, соответственно, STM. В табл.3.1 приведены значения скорости передачи В, количество первичных цифровых потоков Е1 (Л/Е1) и основных цифровых каналов (N/оцк) для разных уровней STM (значения В и N/оцк округлены).

Важнейшим достоинством ЦСП-SDH (не связанным с идеей синхронного объединения ЦП) является возможность построения надежной, управляемой транспортной сети за счет:

- сегментирования линий связи с контролем состояния каждого сегмента;

- резервирования аппаратуры, узлов аппаратуры и линий с автоматическим переключением на резерв;

- возможности реконфигурирования транспортной сети с помощью сети управления TMN и встроенных высокоскоростных каналов передачи и служебной информации (высокоскоростных по сравнению со служебными каналами ЦСП-PDH).

Контроль за состоянием сегментов линии передачи и организация высокоскоростных каналов передачи служебной информации возможны путем введения избыточности. В ЦСП с использованием электрического кабеля избыточность приводила к уменьшению длины участка регенерации из-за увеличения скорости передачи. При использовании ВОЛС или трактов РРЛ такая зависимость отсутствует.

Уровни SDH	0	1	4	16	64	256
Тип STM	STM-0	STM-1	STM-4	STM-16	STM-64	STM-256
В, Гбит/с	0,052	0,155	0,622	2,5	10	40
NE1	-	63	252	1008	4032	16128
N0цк	600	1 800	7 500	30 000	120 000	480 000

Одним из наиболее распространенных способов резервирования линий, которое позволяет организовать ЦСП-SDH, является использование кольцевой топологии сети.

Кольцевая структура предоставляет два пути прохождения информационного сигнала: основной и резервный. При повреждении любого участка кольца осуществляется переключение и обход поврежденного участка трассы. Таким образом, видно, что ЦСП-SDH представляет собой не просто систему передачи, SDH - это аппаратура построения современной информационной сети - живучей, высококачественной транспортной сети связи.

ЦСП-SDH позволяет:

1) организовывать большие пучки качественных цифровых каналов;

2) строить линейные тракты практически без регенераторов;

3) создавать разветвленные, легко реконфигурируемые цифровые сети за счет использования кросс-коннекторов и мультиплексоров ввода/вывода;

4) предоставлять потребителям надежные цифровые каналы и тракты за счет встроенной аппаратуры оперативного контроля и переключения, а также надежных сетевых структур;

5) осуществлять оперативное управление сетью;

6) строить с использованием технологии ATM высокопроизводительную цифровую сеть.

Технология волнового уплотнения (WDM) .

В зависимости от числа волн, размещаемых в одном ОВ, различают технологии WWDM, CWDM, DWDM и HWDM. Так, если в ОВ организовано всего два канала с использованием окон прозрачности 1300 и 1500 нм, то это технология с разнесенным спектральным мультиплексированием (Wide Band Wave Length Division Multiplexing, WWDM). Системы грубого волнового мультиплексирования (Coarse WDM) работают в спектральном диапазоне 1300... 1650 нм, используя 16 оптических несущих, интервалы между которыми 20 нм. В DWDM используется до 160 оптических несущих с выделением для каждого из каналов полосы 25...50 ГГц

Главное достоинство технологий WDM заключается в том, что они позволяют преодолеть ограничения на пропускную способность канала и существенно увеличить скорость передачи данных. Причем используются уже проложенный волоконно-оптический кабель и стандартная аппаратура временного мультиплексирования. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон - для передачи в прямом и обратном направлениях).

Основными преимуществами технологий DWDM остаются:

· высокие скорости передачи, и как следствие, высокий коэффициент использования ОВ;

· возможность обеспечения 100%-ной защиты на основе кольцевой топологии и простого наращивания каналов в оптической магистрали.

В настоящее время сети DWDM применяются для построения высокоскоростных транспортных сетей операторов национального масштаба, на основе топологий «точка-точка» или «кольцо» и мощных городских транспортных магистралей, которые могут использоваться большим количеством пользователей с потребностями в высоких скоростях передачи и использующих различные протоколы.

При использовании WDM отсутствуют многие ограничения и технологические трудности, свойственные TDM. Для лучшего использования пропускной способности ОВ вместо увеличения скорости передачи в едином составном канале, как это реализовано в TDM, в технологии WDM увеличивают число каналов (длин волн), применяемых в системах передачи.

Повышение скорости передачи при использовании технологии WDM осуществляется без дорогостоящей замены оптического кабеля. Применение технологий WDM позволяет сдавать в аренду не только оптические кабели или волокна, но и отдельные длины волн, т. е. реализовать концепцию «виртуального волокна». По одному волокну на разных длинах волн можно одновременно передавать самые разные приложения - кабельное телевидение, телефонию, трафик Интернета, «видео по требованию» и т.д. Как следствие, часть волокон в оптическом кабеле можно использовать для резерва.

Применение технологий WDM позволяет исключить дополнительную прокладку оптических кабелей в существующей сети. Даже если в будущем стоимость волокна уменьшится за счет использования новых технологий, волоконно-оптическая инфраструктура (проложенное волокно и установленное оборудование) всегда будет стоить достаточно дорого. Для ее эффективного использования необходимо иметь возможность в течение долгого времени увеличивать пропускную способность сети и менять набор предоставляемых услуг без замены оптического кабеля. Технологии WDM предоставляют такую возможность.

Технология ATM.

Технология ATM считается наиболее «мультисервисной». Она позволяет достаточно эффективно решать задачи объединения сетей, построенных с использованием различных технологий передачи данных, обеспечения необходимого качества обслуживания и др. Основная конкуренция при создании МСС ожидается между технологиями ATM и MPLS.

В ATM используются пакеты небольшой длины фиксированного размера (53 байта), называемые ячейками, и очень простые функции в транзитных узлах. Обнаружение и исправление ошибок осуществляется только в заголовке. Для содержимого информационных ячеек никакой проверки и восстановления не применяется, и используется передача информации, ориентированная на соединение. Реализация ATM обычно осуществляется аппаратным обеспечением. Все это в сочетании с статистическим мультиплексированием уменьшает время задержек, что особенно важно при передаче трафика реального времени.

Технология ATM предоставляет методы управления трафиком и механизмы качества обслуживания. Это означает, что в сетях ATM могут быть зарезервированы ресурсы, гарантирующие требуемые значения пропускной способности, задержки передачи и уровня потерь ячеек.

Технология Ethernet.

Отличительной особенностью канального уровня Ethernet является его разбиение на два подуровня: управления доступом к среде (Media Access Control, MAC) и управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC). Подуровень MAC определяет алгоритм доступа к среде, адресацию рабочих станций в сети, а также поддерживает функции совместного использования физической среды. Подуровень LLC поддерживает следующие службы:

· обслуживания без установления соединения и без подтверждения;

· обслуживания, ориентированного на соединение;

· обслуживания с подтверждением без установления соединения.

Главным недостатком технологии является конкурентный доступ к среде. В то же время это является и достоинством, позволяющим существенно уменьшить стоимость оборудования. При этом ограничения по дальности, традиционно относящие Ethernet к технологии локальных сетей, в случае использования ОВ снимаются: Ethernet становится технологией городских и глобальных сетей.

В своем развитии технология Ethernet прошла ряд эволюционных этапов и из простой шинной архитектуры (10 Мбит/с Ethernet) превратилась в технологию реализации сегментов с увеличением скорости до 10 Гбит/с и более. При этом следует заметить, что пропускная способность Ethernet каждые 5-7 лет увеличивается в 10 раз. В настоящее время десятигигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, GE) использует технологию DWDM на физическом уровне.

В настоящее "время GE прочно вошел в перечень базовых сетевых технологий для современных цифровых сетей. Технология GE прошла этап первичной стандартизации и представлена на рынке новейшей аппаратурой - маршрутизаторами/коммутаторами GE, выпускаемыми ведущими производителями ЦСП, и уже находит применение при построении современных высокоскоростных сетей передачи данных.

Интерфейс маршрутизаторов/коммутаторов GE 1000Base-X-осно-вывается на стандарте физического уровня Fibre Channel (FC) - технологии взаимодействия рабочих станций, суперкомпьютеров, устройств хранения и периферийных узлов, имеющей 4-уровневую архитектуру. Два нижних уровня FC-0 (интерфейсы и среда) и FC-1 (кодирование/декодирование) перенесены в GE, что значительно сократило время на разработку оригинального стандарта Gigabit Ethernet. В модели BOC/OSI стандарту GE соответствуют канальный и физический уровни.

Оборудование Ethernet всех поколений совместимо друг с другом и использует открытые стандарты. Поверх Ethernet возможна передача голоса, данных, видео. Технология многоадресной рассылки позволяет доводить до каждого пользователя неограниченное количество телевизионных и телефонных каналов, а скорость среды передачи данных дает возможность обеспечивать доступ пользователей к услугам на скоростях в сотни мегабит и гигабит в секунду уже сегодня.

При увеличении числа обслуживаемых абонентов оператор сталкивается с проблемой обеспечения определенного качества обслуживания. Опыт зарубежных операторов показывает, что в ближайшее время функций Ethernet по обеспечению заданного в SLA (Service Level Agreement - договор об уровнях обслуживания) уровня обслуживания будет достаточно. Но в дальнейшем нужно будет дополнительно использовать возможности технологии MPLS

Технология MPLS.

Одним из перспективных направлений построения современной сетевой инфраструктуры является использование оптических технологий для организации высокоскоростной магистральной сети и единой системы сигнализации, позволяющей объединять различные типы сред и систем передачи информации. В качестве такой объединяющей технологии в настоящий момент рассматривается технология многопротокольной коммутации по меткам (Multiprotocol LabeUBwitch-ing, MPLS). Данная технология представляет собой попытку ускорить продвижение IP-пакетов и сохранить гибкость, характерную для IP-сетей, с помощью механизмов управления трафиком и поддержания качества обслуживания, применяющихся в сетях ATM. Внедрение технологии MPLS позволяет сохранить все лучшее, что присуще архитектуре IP-over-ATM (эффективное мультиплексирование и гибкость трафика, высокая производительность), и при этом она еще больше повышает масштабируемость сетей, упрощает их построение и эксплуатацию. Важно и то, что MPLS может использоваться не только с ATM, но и с любой другой технологией канального уровня. MPLS использует и развивает концепцию виртуальных каналов, используемых в сетях Х.25, Frame Relay, объединяя ее с техникой выбора путей на основе информации о топологии и текущей загрузке сети, получаемой с помощью протоколов маршрутизации сетей IP. Это упрощает переход к следующему поколению волоконно-оптических магистралей Интернет на основе технологий SDH/WDM или IP/WDM.

MPLS - это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. MPLS сочетает в себе управление трафиком, характерное для технологий канального уровня, масштабируемость и гибкость протоколов сетевого уровня. «Многопротокольность» в названии технологии означает, что MPLS -инкапсулирующий протокол и может транспортировать множество других протоколов.

В спецификации технологии MPLS заложен принцип разделения функций транспортировки потоков и управления ими. Отделение управляющей компоненты от пересылающей позволяет разрабатывать и модифицировать каждую из них независимо. Естественное обязательное требование состоит в том, чтобы управляющая компонента могла передавать информацию пересылающей компоненте через таблицу пересылки пакетов. Управляющая компонента задействует стандартные протоколы маршрутизации (OSPF, IS-IS, BGP-4) для обмена информацией с другими маршрутизаторами. На основе этой информации формируется и модифицируется сначала таблица маршрутизации, а затем, с учетом информации о смежных системах на каждом интерфейсе - таблица пересылки пакетов. Когда система получает новый пакет, пересылающая компонента анализирует информацию, содержащуюся в его заголовке, ищет соответствующую запись в таблице пересылки и направляет пакет на выходной интерфейс. Пересылающая компонента практически всех систем многоуровневой коммутации, включая и MPLS, основана на использовании последовательных меток пакетов. Метка - это короткое поле фиксированной длины в заголовке пакета.

С помощью MPLS можно решать следующие задачи:

· интеграцию ATM и Frame Relay с IP;

· ускоренное продвижение пакетов внутри сети оператора вдоль кратчайших традиционных маршрутов;

· создание виртуальных частных сетей (VPN);

· выбор и установление путей с учетом загрузки ресурсов (Traffic Engineering, ТЕ).

На основе рассмотренных технологий приведём структуру сети связи.

Город разбит на районы, каждый из которых обслуживается одним OLT. Районы подключаются к центральной станции по топологии кольцо. Данный способ увеличивает надёжность сети. Район делится на участки. Каждый участок обслуживается одним портом GPON, т.е. на район отводится оптический сплиттер, от которого до каждого дома прокладывается оптический кабель. Для увеличения надёжности, районная сеть построена по топологии точка-точка с резервированием. Для этого используются оптические сплиттеры 2xN.

Рис. 3.1.5.структура сети связи г. Рязани.

В этом случая на один участок отводится два порта GPON (при этом один порт GPON - резервный, при пропадании оптического сигнала на одном входе сплиттера, система автоматически переключает порт с основного на резервный). Связь между центральным коммутатором и OLT осуществляется по технологии 10 GEthernet. При увеличении трафика, в будущем, районы разбиваются на более мелкие. При нехватки волокон возможно использование технологии CWDM и в дальнейшем DWDM. Так же предусмотрена возможность подключения абонентов непосредственно волоконно-оптическим кабелем. Центр обработки данных (ЦОД) находится на центральной станции.

Структурная схема центрального узла связи.

Центральный узел связи состоит из магистрального коммутатора, OLT, оборудования цифрового телевидения, SoftSwitch, шлюза в ТфОП, маршрутизатора, обеспечивающего доступ к сети internet и систем обеспечивающих управления и контроль доступа. Все компоненты подключаются к магистральному коммутатору, по интерфейсу Ethernet.

Рис. 3.1.6. Структурная схема центрального узла связи

Аппаратура сетей NGN.

Оборудование для управления голосовых вызовов.

Оборудование для построения сетей NGN в данный момент выпускается многими производителями.

Для обработки голосовых вызовов выберем оборудования фирмы «Протей»:

mGate.ITG - высокопроизводительный шлюз поддерживающий до 48 потоков E1, и интерфейс 100 Base-T для интеграции с IP-сетью.

mCore.MKD-5 - программный коммутатор пятого класса, выполняющий функции управляющего узла в сети NGN. Поддерживает до 25тыс. потоков вызовов в ЧНН.

Оборудование для построения сети доступа.

В качестве оборудования GPON выбрано семейство Surpass hix 57xx фирмы Siemens:

Концентратор GPON (OLT) SURPASS hiX 5750 поддерживает до 56 интерфейсов GPON.

Абонентский терминал SURPASS hiX 5701 ESFU - предназначен для индивидуальных абонентов, имеет один порт 10/100/1000 baseT, RJ-45;

Абонентский терминал SURPASS hiX 5703 SFU - предназначен для индивидуальных абонентов, имеет два порта 10/100/1000 baseT, RJ-45 и 4 аналоговых телефонных.

Абонентский терминал SURPASS hiX 5705 MTU - предназначен для корпоративных клиентов, имеет один порт 10/100/1000 baseT, RJ-45, 8 аналоговых телефонных, 2 порта E1.

Абонентский терминал SURPASS hiX 5709 MDU - предназначен для многоквартирных домов, размещает в себе 4 модуля:

· Модуль: 8 POTS, 4 10/100 BaseT;

· Модуль: 12 VDSL2;

· Модуль: 24 POTS;

· Модуль: 24x10/100 BaseT;

· Модуль: 8x10/100 BaseT;

Абонентский терминал G25A - предназначен для установки внутри помещений индивидуальных абонентов, имеет четыре порта 10/100 baseT, RJ-45, 2 аналоговых телефонных и один коаксиальный RF CATV (47 - 860 МГц).

Оборудование цифрового телевидение и видео по запросу.

Приёмник-декодер Codico CID-3100 - принимает спутниковые каналы, и передаёт их на IP-шлюз по интерфейсу ASI. Позволяет дескремблировать цифровые телевизионные каналы. Имеет встроенный DVB-дескремблер.

Шлюз DVB IP IVG-7100 - преобразовывает цифровые каналы в IP-пакеты. Может изменять битовую скорость до 32 программ.

Видеосервер VOD MediaBase XMP. Использует стандарты MPEG-2 и MPEG-4. Скорости цифровых потоков от 64 кбит/с до 19,4 Мбит/с.

STB приёмники:

AmiNET 103 - абонентский приёмник IPTV. Имеет входной интерфейс 10/100 T. Декодирует MPEG-2.

AmiNET 124 - абонентский приёмник IPTV. Имеет входной интерфейс 10/100 T. Декодирует MPEG-2 и MPEG-4.

Сетевое оборудование.

Модульный коммутатор DES 6500 фирмы D-Link. Имеет 8 слотов расширения для модулей:

24 порта Fast Ethernet

12 портов GE Ethernet

2 порта 10GE.

3.3 Проектирование сети NGN

Расчёт необходимой пропускной способности.

Для предоставления абонентам услуг с требуемым качеством необходимо обеспечить минимальную скорость. Приведём таблицу скоростей для различных видов услуг.

Тип сервиса	Необходимая скорость передачи	Чувствительность к потерям	Потребность в услугах (в %)
IP-телефония	0,064	высокая	80
Видеоконференции	2	высокая	1
Цифровое телевидение	2	умеренная	10
Передача данных	2	низкая	20
Телевидение высокой чёткости	10	высокая	5

В соответствии с выбранной технологией доступа GPON один порт имеет скорость передачи - 2,5 Гбит/с. Определим максимальное кол-во абонентов на один порт:

Определим начальные условия и некоторые допуски - абоненты, которые являются пользователями цифрового телевидения - используют услуги интернет и телефония.

- количество абонентов пользующихся услугой IP-телефония.

- количество абонентов пользующиеся услугой цифровое телевидение.

- количество абонентов пользующиеся услугой интернет

- количество абонентов пользующиеся услугой видеотелефония

- количество абонентов пользующиеся услугой телевидение высокой чёткости.

Составим систему уравнений

:



Исходя из этого, на один участок приходится ~1843 абонента.

При использовании технологии FTTH - оптический кабель до абонента, скорость на одного абонента будет не менее 40 Мбит/с, и максимально количество абонентов на один порт - 64. Этот вариант более предпочтителен в многоэтажных домах.

Для нахождения оптимальных путей и места установки ПГС воспользуемся методом графов.

Составление структурной матрицы:

Для примера рассмотрим сеть представленную на рис. 3.1.7.

Сеть состоит из 4 узлов. Каждому ребру присвоен свой вес.

рис. 3.1.7. пример сети.

Составим матрицы, в которой отмечаются веса ребёр между непосредственно связанными вершинами, т.е. элемент в данном случае элемент матрицы (1,2) будет содержать значение 3. Если вершинами не связаны между собой непосредственно, то в данной вершине ставится :

	1	2	3	4
1	0	3		9
2	3	0	15	5
3		15	0	6
4	9		6	0

Находим вхождения квадратной матрицы по операции . Например для вхождения получим:

0 3 9 - 1 строка

15 0 6 - 3 столбец

18 15

=min(,18, ,15)=15

Проводя аналогичные операции для всех вхождений получаем матрицу всех путей ранга не более 2 с минимальными весами. Для путей ранга не более 3 находим матрицу . Для сети на рис 25 дальнейшее преобразование не изменит матрицы, т.к. максимально возможный ранг пути = 3.

Конечный результат имеет следующий вид:

	1	2	3	4
1	0	3	14	8
2	3	0	11	5
3	15	15	0	6
4	9	12	6	0

Чтобы найти оптимальную вершину, необходимо составить матрицу столбец содержащую в себе веса вершин, и умножить на матрицу минимальных путей. В результате умножения, вершина получившая минимальное значение является оптимальной.

Например все вершины равнозначны, пусть их веса = 1.

1	1
2	1
3	1
4	1

В результате умножения получаем:

1	25
2	19
3	36
4	27

Следовательно, оптимальная вершина - 2.

Для нахождения оптимального пути от заданной метки используем алгоритм Дийкстры.

Алгоритм Дийкстры позволяет найти кратчайший пут между некоторой вершиной s и остальными вершинами при условии, что в графе нет дуг (ребер) с отрицательным весом Рассмотрим основную идею алгоритма на примере графа на рис. 3.1.8 с матрицей С взяв в качестве s вершину v5.

Рис. 3.1.8 Пример графа



Выделим все вершины viЄ?(v5) и припишем им числовые метки l(vi), равные весам дуг (v5,vi), как показано на рис. 4.8 (веса проставлены около дуг, а метки - около вершин и заключены в круглые скобки) Очевидно что кратчайший путь до v2 состоит из единственной дуг (v5,v2), а его длина l(v2)=5. Зафиксируем эту вершину и будем считать ее метку постоянной. Таким образом для v2 задача решена. Относительно остальных четырех вершин можно лишь утверждать, что длины кратчайших путей до них не превосходят значений l(vi). Поэтому соответствующие метки пока считаем временными В дальнейшем, чтобы различать постоянные и временные метки постоянные будем заключать в рамку. Выделем две вершины vjЄ?(v2)={v1, v3, v4, v6} и рассмотрим дуги (v2, vj) (изображены на рис. 27 тонкими линиями).

Поскольку l(v2)+c(v2, v3)<l(v3), "обходной" путь v5>v2>v3 короче, ч прямой" v2>v3 поэтому новое значение метки l(v3) примем сумму l(v2)+c(v2,v3)=12. Аналогичной проверкой устанавливаем, что прямой путь v5>v4 короче, чем обходной v5>v2>v4, следовательно, значение метки l(v4) сохраняется прежним Для вершины v6, как и для v3, метка корректируется и v8 принимает значение 27 Кроме Рис 27 вершин v3, v4 v6, достижимых из v5 непосредственно, есть еще одна вершина v1, единственный путь к которой лежит через постоянно помеченную v2. Поэтому в качестве значения метки для нее естественно взять сумму



l(v2)+c(v2,v1). Будем говорить что теперь метки l(v1),l(v3) l(v6) получены из вершины v2. Из пяти временных меток минимальной является l(v3)=12, которая и определяет длину кратчайшего пути до v3. Так как сетка получена из v2, путь имеет вид v5>v2>v3. Таким образом, задача решена v8 для v3, которая становится постоянно помеченной. Кроме уже из рассмотренных дуг, изображена и единственная дуга, выходящая из v3. Наличие этой дуги требует пересчета значения метки l(v6). Так как l(v3)+c(v3, v6)<27, за новое значение l(v6) примем сумму l(v3)+c(v3, v6)=25. минимальной среди временных меток l(v1)=15.

Это значит что выявлен кратчайший путь v5>v2>v1, а метка вершины v1 становится постоянной. Последующие действия выполняются аналогично Для v1, как последней постоянно помеченной находим множество вершин ?(v1)={v4, v5, v7} и анализируем их метки, принимая во внимание длины дуг, связывающих v1 с этими вершинами Так как l(v1)+c(v1, v4)<l(v4), метка вершины v4 корректируется, становясь равной 18 У вершины v5 метка постоянная и поэтому не меняется. Наконец, v7, ДО этого не рассматривавшаяся, получает начальную метку равную l(v1)+c(v1, v7)=25. Граф, отражающий ситуацию, представ лен на рис. 4.11. Здесь ми-минимальной временной меткой оказывается d(v4)=18. Теперь вершина v4 становится постоянно помеченной. Так как вою метку она получила из v1, кратчайший путь к ней со стоит из кратчайшего пути до v1 и дуги (v1, v4) и выглядит так v5>v2>v1>v4, а его длина равна 18.

Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока конечная вершина искомого кратчайшего пути не станет постоянно помеченной. Если же требуется найти кратчайшие пути до всех вершин, итерации выполняются пока все вершины не получат постоянные метки.

Обработку данных в соответствии с алгоритмом целесообразно оформлять в виде таблицы, строки которой соответствуют итерациям, а столбцы - вершинам графа и отражают процесс изменения их временных меток вплоть до момента когда временная метка становится постоянной. Два дополнительных столбца таблицы нужны, чтобы зафиксировать вершину которая становится постоянно помеченной на очередной итерации и длину кратчайшего пути до этой вершины.

В табл. содержатся результаты расчетов для разобранного выше примера.

Поясним, как она заполняется.

На первой итерации полагаем временные метки для в вершин, кроме начальной, равными ?, а для начальной - Последней постоянно помеченной считаем вершину v5, а, е метку равной 0.