Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кубанский государственный университет

(ФГБОУ ВПО "КубГУ")

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

Специальность 210401 - Физика и техника оптической связи

Дипломная работа

Проектирование сетевого оборудования NGN

Работу выполнил

Кучер Андрей Олегович

Научный руководитель

канд.техн. наук, профессор

Ю.Н. Белов

Нормоконтролер инженер

И.А. Прохорова

Краснодар 2013

Реферат

Кучер А.О. Проектирование сетевого оборудования ngn. Дипломная работа: 106 с., 19 рис., 13 табл., 13 использованных источников, 2 приложения.

Сеть нового поколения (NGN), семейство протоколов H.323, протокол SIP, принцип декомпозиции шлюза, программный коммутатор Softswitch, шлюз сигнализации, SI3000, система СОРМ, АТС-68.

Целью дипломной работы является проектирование сетевого оборудования NGN, а также рассмотрение архитектуры Softswitch.

В работе приведены подробные методические указания по расчету сетей следующего поколения, состоящие из двух частей, каждая из которых посвящена расчету пропускной способности каналов и нагрузки в одной из сетевых архитектур, а именно: распределенного абонентского коммутатора, распределенного транзитного коммутатора. Так же в работе приведён пример оборудование NGN.

Определена стоимость работ, необходимых для монтажа, подключения и конфигурирования вновь вводимого оборудования.

Содержание

Обозначения и сокращения

Введение

1. Анализ принципов построения NGN

1.1 Определение NGN

1.2 Задачи NGN

1.3 Основные характеристики NGN

1.4 Возможности NGN

2. Архитектура сети NGN

3. Модели NGN

3.1 Основная эталонная модель NGN

3.2 Обобщённая функциональная модель NGN

4. Преимущества и недостатки NGN

4.1 Преимущества NGN

4.1.1 Построение единой конвергентной сети

4.1.2 Снижение эксплуатационных расходов

4.1.3 Эффективное управление сетью

4.1.4 Простота создания корпоративных сетей

4.1.5 Возможность организации распределённых контакт-центров

4.1.6 Поддержка разнородных услуг

4.1.7 Поддержка информационной экономики

4.2 Недостатки NGN

4.2.1 Отсутствие чёткой нормативной базы

4.2.2 Взаимодействие оборудования разных поставщиков

4.2.3 Недостаточные надёжность и живучесть

4.2.4 Проблема качества обслуживания

4.2.5 Недостаточная квалификация персонала

4.2.6 Проблема контента

4.2.7 Риски инвестиций

5. Технология Softswitch

5.1 Архитектура Softswitch

5.2 Сигнализации Softswitch

5.3 Роль Softswitch в ТфОП и IP сетях

5.4 Построение сети с устройствами Softswitch

5.5 Построение сети IP-телефонии с устройствами Softswitch

5.6 Роль и структура Softswitch-консорциума

5.7 Варианты применения Softswitch в составе ЕСЭ РФ

6. Концепция IMS

6.1 Общие сведения о IMS

6.1.1 Уровень абонентских устройств и транспорта

6.1.2 Уровень управления вызовами и сеансами

6.1.3 Уровень серверов приложений

6.2 Развитие архитектуры IMS

7. Расчет транспортной пакетной сети с использованием технологии NGN

7.1 Исходные данные

7.2 Расчет характеристик абонентских концентраторов и транспортных шлюзов мультисервисной пакетной сети

7.2.1 Расчет характеристик шлюза доступа (AGW)

7.2.2 Расчет характеристик транспортных шлюзов мультисервисной транспортной сети

7.3 Расчет характеристик Softswitch

7.4 Определение маршрутов передачи потоков информации в транспортной сети

7.5 Выбор типа интерфейса для взаимодействия коммутаторов транспортной сети

8. Оборудование NGN

8.1 Softswitch класса 5

8.2 Магистральный шлюз mGate.ITG

8.3 Голосовой IP-шлюз

8.4 Шлюз сигнализации/медиашлюз (SMG)

8.5 Система СОРМ

9. Оценка стоимости оборудования, необходимого для модернизации сети

9.1 Расчёт капитальных затрат

9.2 Срок окупаемости

10. Безопасность труда при монтаже и обслуживании оборудования связи

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Существующая сеть передачи данных АТС-68

Приложение Б. Сеть передачи данных АТС-68 после внедрения нового оборудования (Softswitch)

Приложение В. Варианты применения Softswitch в составе ЕСЭ РФ

• Обозначения и сокращения

NGN	Сеть следующего поколения
ССОП	Сеть связи общего пользования
PSTN	Телефонная сеть общего пользования
ISDN	Цифровая сеть с интеграцией служб
SIP	Протокол установления сеанса
QoS	Качество обслуживания
MPLS	Многопротокольная коммутация по меткам
TCP/IP	Протокол управления передачей
SGW	Шлюз сигнализации
MGC	Контроллер медиашлюза
ID	Интеллектуальная база данных
RTP	Протокол Internet доставки пакетов в реальном масштабе времени
SCP	Узел управления услугами
LAN	Локальная сеть
MGCP	Протокол контроля медиашлюзов
RSVP	Протокол резервирования ресурсов
MC	Контроллер многоточечных соединений
MCU	Устройство управления конференциями
UAC	Клиент агента пользователя

Введение

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].

1. Анализ принципов построения NGN

1.1 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".

1.2 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.

1.3 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.

1.4 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 [2].

2. 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).

SN 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 [3].

3. Модели NGN

3.1 Основная эталонная модель NGN

Сеть следующего поколения (NGN) - это концепция 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.

Взаимодействие сетей друг с другом обеспечивается с помощью шлюзов (Gateway) - аппаратно-программных средств сопряжения сетей разнородной архитектуры с разными протоколами и форматами данных. Шлюзы выполняют основную роль при взаимодействии пакетной и телефонной сетей. Технологические решения, способные стать основой NGN, существуют уже сейчас.

Перечислим требования, которым должен удовлетворять мультисервисная сеть:

· гарантированное качество обслуживания (QoS) пользователей;

· доставка информации, чувствительной к задержке, в реальном масштабе времени;

· обеспечение передачи данных с требуемой скоростью;

· централизованное управление сетью.

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).

Для транспортной сети следует подобрать такую технологию, которая удовлетворяла бы первым трем требованиям. Но при этом нельзя упускать из виду, что NGN должна взаимодействовать с существующими в наше время телекоммуникационными сетями и быть приспособленной к совершенствованию.

Логично отталкиваться от наиболее развитой сегодня технологии доставки TCP/IP и взять за основу протокол IP. Он удовлетворяет третьему требованию и, благодаря технологии VoIP (передачи речи по IP-сетям), отвечает второму.

Одной из основных характеристик NGN служит развязка между услугами и транспортировкой, что позволяет предлагать их отдельно и развивать независимо. Поэтому в архитектуре NGN должно быть четкое разделение между функциями обслуживания и функциями транспортировки. NGN позволяет предоставлять как существующие, так и новые услуги вне зависимости от используемой сети и типа доступа.

Таким образом, в базовой функциональной модели NGN выделяют два слоя: транспортный и сервисный.

Транспортный слой обеспечивает перенос информации между двумя географически разделёнными точками. В частности, транспортный слой обеспечивает обмен информацией между следующими объектами:

· пользователь - пользователь;

· пользователь - сервисная платформа;

· сервисная платформа - сервисная платформа.

Вообще говоря, в транспортном слое могут применяться все типы сетевых технологий, а именно: ориентированная на соединение коммутация каналов (connection-oriented circuit-switched - CO-CS), ориентированная на соединение коммутация пакетов connection-oriented packet-switched - CO-PS), неориентированная на соединение коммутация пакетов (connectionless packet-switched - CLPS). Однако для построения NGN предпочтение отдаётся технологии IP с поддержкой качества обслуживания.

Сервисный слой может включать в себя сложный набор географически распределённых сервисных платформ или в простейшем случае набор функций, реализованный двумя конечными пользователями. Для предоставления полного набора услуг в сервисный слой включаются прикладные функции. Примерами служб, реализуемых на данном уровне, могут быть передача речи, данных, видео или любая их комбинация.

На этом уровне осуществляется подключение терминалов пользователей к сети на основе применения разнообразных средств и преобразование исходного формата данных в соответствующий формат, используемый для передачи в данной сети. На уровне доступа используются следующие устройства:

· медиашлюзы доступа (AGW);

· медиашлюзы сигнализации (SGW);

· устройства интегрированного доступа (IAD);

· медиашлюзы соединительных линий (TGW).

Медиашлюз (MGW) терминирует (доставляет) вызовы из телефонной сети, компрессирует и пакетирует голос, передает пакеты c компрессированной голосовой информацией в сеть IP, а также проводит обратную операцию для вызовов пользователей телефонной сети из сети IP. В случае вызовов, поступающих от ISDN/PSTN, медиашлюз передает сигнальные сообщения контроллеру медиашлюза. Возможны преобразования протокола сигнализации ISDN/PSTN в сообщения Н.323 средствами самого медиа шлюза. Медиашлюз может также поддерживать удаленный доступ, виртуальные частные сети, фильтрование трафика TCP/IP и т.п.

Медиашлюз сигнализации (SGW) находится на границе между PSTN и IP-сетью и служит для преобразования сигнальных протоколов и прозрачную доставку сигнальных сообщений из коммутируемой ISDN/PSTN в пакетную сеть. Шлюз сигнализации транслирует сигнальную информацию через сеть IP контроллеру медиашлюза или другим шлюзам сигнализации и обеспечивает взаимодействие с базами данных ID. В интеллектуальных сетях это взаимодействие происходит по протоколу INAP [4].

На уровне коммутации и транспорта осуществляется коммутация пакетов с помощью маршрутизаторов и IP-коммутаторов уровня 3, в которых обработка пакетов выполняется аппаратно. Эти устройства распределены в транспортной сети (WAN). На этом уровне осуществляется предоставление абонентам единообразной и интегральной платформы доставки информации с высоким качеством и большой пропускной способностью.

На уровне управления ресурсами транспортной сети осуществляется управление вызовами с использованием требуемого набора протоколов сигнализации. На этом уровне используется многофункциональный объект Softswitch (контроллер медиашлюза) - апофеоз совершенствования телекоммуникационных средств.

Softswitch осуществляет управление:

· вызовами;

· медиашлюзами (Media Gateway, MG);

· распределением ресурсов магистральной сети;

· обработкой сигнальных сообщений;

· аутентификацией;

· учетом стоимости услуг;

· предоставлением абонентам основных речевых услуг связи, мобильной связи, мультимедиа связи, а также интерфейсов программирования приложений (API).

Контроллер медиашлюза (Media Gateway Controller, MGC) выполняет регистрацию и управляет пропускной способностью медиашлюза, обменивается сообщениями с узлами ISDN/PSTN. Взаимодействие между MGC и GW (по протоколу MGC/GW) происходит в IP-сети.

На уровне услуг и приложений осуществляется предоставление большого разнообразия услуг, а также поддержка целостности установленных соединений. На этом уровне применяются следующие системы:

· OSS (Operation Support System) - система поддержки эксплуатации, состоящая из двух подсистем: системы управления сетью (NMS) и интегрированной системы тарификации услуг;

· AS (Application Server) - сервер приложений, используемый для создания и управления логикой различных услуг с добавленной стоимостью и услуг интеллектуальной сети, а также для предоставления инновационной платформы по разработке услуг и предоставления услуг сторонних провайдеров с помощью открытых интерфейсов (API) для программирования приложений;

· LS (Location Server) сервер местоположения, используется для динамического распределения маршрутов между Softswitch в NGN, определяет возможность установления соединений с пунктом назначения;

· Сервер RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) сервер службы аутентификации удаленных вызывающих пользователей (используется для централизованной аутентификации пользователей, шифрования пароля, выбора услуг и фильтрации, а также централизованной тарификации услуг);

· MRS (Media Resource Server) сервер медиаресурсов, используется для реализации функций выбора среды передачи при организации основных и услуг с добавленной стоимостью (обеспечение тональных сигналов в процессе предоставления услуг, конференцсвязи, интерактивного голосового ответа (Interactive Voice Response, IVR), услуг записанных сообщений и речевого меню);

· SCP (Service Control Point) узел управления услугами, является основным узлом интеллектуальной сети (IN) и используется для хранения абонентских данных и управления логикой услуг.

Протоколы управления шлюзами

В предыдущие годы были разработаны протоколы управления шлюзами:

· Simple Gateway Control Protocol (SGCP);

· Internet Protocol Device Control (IPDC);

· Media Gateway Control Protocol (MGCP), на основе которого был разработан протокол MEGACO.

В настоящее время применяется протокол MEGACO (H.248), разработанный ITU-T совместно с IETF на основе уже существовавшего к тому времени протокола управления медиашлюзом MGCP.

Протоколы взаимодействия уровня услуг и приложений с уровнем управления ресурсами

Основополагающим принципом привлечения новых клиентов является быстрое создание и внедрение требуемых им услуг и приложений. Эта задача может быть решена с помощью открытых интерфейсов прикладного программирования (Application Programming Interfaces, API's), представляющих собой набор типовых программных функций и команд, предназначенных для создания и поддержки различных служб операционной среды. Между уровнем услуг и приложений и уровнем управления ресурсами могут использоваться следующие API:

· OSA (Open Service Access, OSA) концепция открытого доступа к услугам;

· Parlay API, JAIN, WinAPI - открытые интерфейсы прикладного программирования;

· SIP (Session Initiation Protocol) - протокол инициализации сеанса;

· XML (Extensible Markup Language) - расширяемый язык разметки, проблемно ориентированный язык для создания Web-страниц (язык одобрен консорциумом W3C (World Wide Web Consortium), который координирует с 1994 г. разработку новых сетевых технологий Internet).

Открытые интерфейсы дают операторам возможность предоставлять абонентам доступ к услугам и приложениям, расположенным как на серверах, принадлежащих этому оператору, так и серверах третьей стороны, вне зависимости от используемого оборудования и операционной системы.

Система прикладного программирования Parlay API, как и подобные ей системы, обеспечивает конфигурирование, размещение ресурсов, сертификацию и проверку полномочий на право доступа к информации для внешних приложений Parlay, основанных на IP. С помощью Parlay API могут быть реализованы: разработка, управление и использование интеллектуальных услуг без модификации оборудования Softswitch .

Существующие сети должны иметь доступ к NGN с помощью оборудования конечного пользователя (Residential Gateway, RGW) и шлюзов для подключения различных сетей доступа (Access Gateway, AGW):

· UTRAN-UMTS (универсальная мобильная телекоммуникационная система);

· сеть радио доступа GSM (Radio Access Net GSM, RAN-GSM);

· беспроводная абонентская линия (Wireless Local Loop, WLL);

· локальная сеть (Local Area Net, LAN);

· тракты с временным разделением каналов (Time Division Multiplexing, TDM).

На рисунке 2 приведена структурная схема сети нового поколения.

Транспортной основой NGN является высокоскоростная опорная сеть с коммутацией пакетов (IP/MPLS, IP/ATM). Опорная сеть с коммутацией пакетов позволяет ускорить интеграцию телефонных сетей, сетей передачи данных и сетей кабельного телевидения (КТВ).

Шлюз соединительных линий (TGW) обеспечивает преобразование цифрового сигнала, созданного кодером G.711 (PCM) и принимаемого со скоростью 64 Кбит/с из телефонной сети или ISDN, в цифровой компрессированный сигнал, созданный кодером G.729 и передаваемый со скоростью 8 Кбит/с маршрутизаторами IP-сети с помощью протокола RTP. Шлюз соединительных линий выполняет также обратное преобразование.

Контроллер управления шлюзами (MGC) использует протоколы: H.248/MEGACO, UDP, IP, GE. Пограничный маршрутизатор (LER), коммутирующий IP-пакеты с помощью меток, обеспечивает согласование Internet (Intranet) с сетью, использующей технологию многопротокольной коммутации с помощью меток (MPLS).



Рисунок 2 - Структурная схема сети нового поколения

На рисунке 3 приведён пример услуг (сервисов), обеспечиваемый сетью NGN.



Рисунок 3 - Разделение услуг и транспорта в NGN

Каждый слой содержит один или несколько уровней. Уровень состоит из трёх плоскостей:

· плоскость пользователя;

· плоскость контроля;

· плоскость менеджмента.

Рисунок 4 - Основная эталонная модель NGN

3.2 Обобщённая функциональная модель NGN

Для построения сети, удовлетворяющей концепции GII, в функциональной модели NGN ITU выделяет три категории объектов: функции, сервисы, ресурсы. Сервисы реализуются различными функциями с помощью доступных ресурсов. Один и тот же сервис может реализовываться разным набором функций и наоборот, одна функция может использоваться для реализации различных сервисов. Их взаимосвязь показана на рисунке 5. Функции NGN показаны на рисунке 6 [5].

Рисунок 5 - Обобщённая функциональная модель NGN



Рисунок 6 - Функции NGN

4. Преимущества и недостатки NGN

4.1 Преимущества NGN

4.1.1 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.

4.1.2 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.

4.1.3 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. В традиционных сетях с коммутацией каналов не предусматривается ремаршрутизация в случае перегрузки конкретного направления (если не осуществлено полноценное внедрение TMN). Основным же свойством пакетных сетей является динамическая маршрутизация. При правильной настройке данное свойство может существенно повысить суммарную производительность сети. Применение пакетной коммутации позволяет организовывать обходные пути и при отказе некоторых элементов транспортной сети.

4.1.4 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.

4.1.5 Возможность организации распределённых контакт-центров

Внедрение NGN позволяет организовывать распределённые контакт-центры. Сотрудники предприятия, использующего данную функциональность, могут в определённых случаях вообще не выходить из дома. Традиционные контакт-центры также могут предоставлять такую возможность, однако применение IP позволяет не покупать отдельный телефонный номер, а использовать динамически назначаемый IP-адрес.

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

4.1.6 Поддержка разнородных услуг

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

4.1.7 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 [6].

4.2 Недостатки NGN

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

4.2.1 Отсутствие чёткой нормативной базы

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.

4.2.2 Взаимодействие оборудования разных поставщиков

При отсутствии чёткой нормативной базы часто возникает проблема взаимодействия оборудования разных поставщиков. В мае прошлого года завершена первая фаза испытаний, в ходе которой изучалась функциональность оборудования и определялась возможность его использования при модернизации телефонной сети. Практически ни один из производителей не прошел все тесты без ошибок. В процессе доработки оборудования и повторных испытаний была снята примерно треть замечаний. Оставшиеся можно разделить на следующие основные группы:

· расхождение в реализации протоколов, вызванные неоднозначностью спецификаций;

· трансляция ошибок, генерируемых Softswitch-оборудованием, в сеть ОКС-7 через протоколы SIGTRAN;

· использование фирменных (нестандартизованных) протоколов;

· ограничения при передаче сигналов аналоговых модемов и факсов;

· ограниченная поддержка функций v5.2.

Несомненно, данные недоработки в дальнейшем будут устранены, но они снижают доверие потенциальных покупателей оборудования, тем самым отодвигая сроки окончательной доработки функциональности.

4.2.3 Недостаточные надёжность и живучесть

Надежность ТфОП в последние 10-15 лет оценивается коэффициентом готовности, который выражается в числе "девяток" и равен "5 девяткам", т.е. 99.999%. Это очень высокий показатель. Для сравнения:

99% - простой 3,7 дней в год;

99.9% - простой 9 часов в год;

99.99% - простой 53 мин. в год;

99.999% - простой 5,5 мин. в год.

Архитектура NGN предполагает применение на транспортном уровне пакетной коммутации, а традиционное оборудование данных для IP не обеспечивает готовности "5 девяток". Надежность компьютерных систем сегодня оценивается величиной Кг = 98, 5. Эта величина определяется не только сетью ПД, но и реализацией приложений с использованием серверов и хост-машин.



Рисунок 7 - Причины системной ненадёжности

В сети NGN надёжность также определяется на двух уровнях - транспортном и уровне приложений, соответственно, коэффициент готовности системы определяется как произведение коэффициентов готовности её составляющих.

Надёжность транспортной системы целиком и полностью определяется оператором. А вот надёжность уровня приложений может зависеть как от оператора (в случае предоставления всего спектра услуг оператором), так и от сторонних провайдеров (например, при применении аутсорсинга).

Надёжность серверов приложений может находиться в зависимости не только от оператора, предоставляющего транспортную сеть, но и от поставщика контента. Кроме того, необходимо учитывать специфику предоставляемых услуг. Например, простой сервера электронной почты в течение получаса не сопоставим по экономическим и "имиджевым" потерям с получасовым отсутствием телефонной связи.

Следует особо отметить проблему живучести NGN. Живучесть - способность системы противостоять воздействию извне. Цифровую телефонную станцию практически невозможно "положить" злонамеренно. Сеть ОКС - выделенная и получить несанкционированный доступ к ней практически нереально. В сетях NGN сигнализация и пользовательские данные передаются по одной среде, что, в принципе, не исключает возможность атак на устройства управления сетью NGN.

4.2.4 Проблема качества обслуживания

На сегодняшний день нет чёткого ответа на вопрос обеспечения качества обслуживания. Очевидно, что при переходе от традиционных сетей к сетям следующего поколения качество обслуживания, по меньшей мере, не должно ухудшиться. Сегодня многие маршрутизаторы, используемые на магистральных участках интернет, не поддерживают приоритезацию трафика, следовательно, в инфраструктуре NGN использовать их будет нельзя. Потребуется замена очень больших объёмов оборудования.

Не до конца определена и технология обеспечения качества обслуживания. На ранних этапах развития мультисервисной сети предлагалось использовать АТМ, которая блестяще справлялась с поставленной задачей. К сожалению, решения с применением АТМ оказались слишком дорогими. Несколько лет назад основным механизмом обеспечения QoS в NGN считали MPLS. Однако сегодня это утверждение не может быть воспринято безусловно. Появляются предложения использования Ethernet в качестве транспортной технологии.

Таким образом, вопрос обеспечения качества обслуживания в NGN остаётся открытым.

4.2.5 Недостаточная квалификация персонала

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.

4.2.6 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.

Представляется два сценария его формирования: оптимистический и пессимистический. При первом сценарии каждый человек становится генератором контента, при втором этого не происходит. На сегодняшний день в пользу первого варианта развития событий говорит существование пиринговых сетей обмена информацией. Однако в таких сетях, сплошь и рядом, происходит нарушение авторских прав. Пользователь, фактически, платит не за информацию, а лишь за переданный трафик. Будущее данного вида обмена информацией весьма неопределённое.

Источником локального контента могут стать домашние сети, где зарождаются и идеи локального контента, и мысли о каскадировании доступа к контенту, и проекты минимизации расходов по его созданию. Конечно, есть идеи и интерактивных игр между домовыми сетями.

Услуга - это товар, который нужно не только "предоставить", но и продать, чтобы получить доход. Поэтому при переходе к NGN во главу угла должен ставиться не только (и не столько) технологический аспект, сколько экономический и маркетинговый

4.2.7 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. По оценкам некоторых специалистов, создание качественной мощной инфраструктуры для NGN-сети потребует в 1,3 раза больше средств, чем покупка самой телефонной станции.

Одним из основных препятствий развития NGN является инертность человеческого мышления, так называемый "фактор бабушки". России, в отличие, например, от Бельгии, не арендуют телефонный аппарат у компании, а покупают. И поскольку абонентское оборудование становится собственностью, то заставить абонента купить новое устройство очень тяжело. Кроме того, необходимо учитывать финансовую инерцию - телефонные станции стоят довольно дорого, и менять их с той же частотой, с какой мы обновляем компьютерный парк, уже не получится [7].

5. Технология Softswitch

С учетом того, что в мультисервисных сетях нового поколения будет передаваться и обрабатываться трафик разных видов (речевой трафик реального времени, трафик данных, видеоинформация), можно выделить три направления работ:

1. Новые телекоммуникационные услуги с универсальным доступом из ТфОП/ISDN и IP-сетей, о чем сейчас много пишут (да и делают не меньше, чем пишут) в контексте эволюции концепции Интеллектуальной сети и конвергенции услуг связи, и примером чему может служить универсальная интеллектуальная платформа ПРОТЕЙ;

2. Новые подходы к проблеме качества обслуживания, о чем пишут еще больше, но, все равно, недостаточно; предложено их немало (технологии MPLS, резервирование ресурсов RSVP и т.д.), однако работы в этом направлении затрудняет отсутствие согласованной структуры мультисервисной сети следующего поколения;

3. Проблема сигнализации и управления в мультисервисной сети.

В принципе, процесс конвергенции сетей уже идет полным ходом, и главная проблема на данный момент заключается, пожалуй, в отсутствии единой системы сигнализации, так что направление (3) можно назвать доминирующим. Единой системы сигнализации пока не создано, а вот устройство, позволяющее обрабатывать и преобразовывать различные протоколы сигнализации, уже есть. Это Softswitch, область применения которого демонстрирует рисунок 8.

Softswitch - это устройство управления сетью NGN, призванное отделить функции управления соединениями от функций коммутации, способное обслуживать большое число абонентов и взаимодействовать с серверами приложений, поддерживая открытые стандарты.



Рисунок 8 - Сфера действия Softswitch

SoftSwitch является носителем интеллектуальных возможностей IP-сети, он координирует управление обслуживанием вызовов, сигнализацию и функции, обеспечивающие установление соединения через одну или несколько сетей.

5.1 Архитектура Softswitch

Согласно разработанной в рамках Консорциума IPCC модели архитектуры Softswitch предусматриваются четыре функциональные плоскости:

· транспортная плоскость - отвечает за транспортировку сообщений по сети связи. Включает в себя Домен IP-транспортировки, Домен взаимодействия и Домен доступа, отличного от IP.

· плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации - управляет основными элементами сети IP-телефонии. Включает в себя контроллер медиашлюзов, Call Agent, Gatekeeper.

· плоскость услуг и приложений - реализует управление услугами в сети. Содержит серверы приложений и серверы ДВО.

· плоскость эксплуатационного управления - поддерживает функции активизации абонентов и услуг, техобслуживания, биллинга и другие эксплуатационные задачи.

В рамках рассмотренных плоскостей, Консорциумом выделяется 12 основных функциональных объектов (ФО):

Таблица 1 - Основные функциональные объекты Softswitch

Функциональная плоскость		ФО	Функциональный Объект	Протоколы сигнализации
плоскость услуг и приложений	1.1	AS-F	ФО сервера приложений (Application Server Function)	SIP, MGCP, H.248, LDAP, HTTP, CPL, XML, Open APIs
	1.2	SC-F	ФО управления услугами (Service Control Function)	INAP, CAP, MAP, Open APIs
плоскость управления вызовами и сигнализации	2.1	SPS-F	ФО прокси-сервера SIP (SIP Proxy Server Function)	SIP
	2.2	R-F	ФО маршрутизации вызова (Routing Functions)	ENUM, TRIP
	2.3	A-F	ФО учета, авторизации, аутентификации (Accounting Functions)	RADIUS
	2.4	CA-F	ФО устройства управления шлюзом (Call Agent Function)	SIP, SIP-T, BICC, H.323, Q.931, Q.SIG, INAP, ISUP,TCAP
	2.5	MGC-F	ФО контроллера медиашлюзов (Media Gateway Controller Function)	H.248, MGCP
транспортная плоскость	3.1	MS-F	ФО транспортного сервера (Media Server Function)	SIP, H.248, MGCP
	3.2	IW-F	ФО взаимодействия (InterWorking Function)	H.323/SIP, IP/ATM
	3.3	SG-F	ФО шлюза сигнализации (Signaling Gateway Function)	SIGTRAN (M3UA, IUA, V5UA over SCTP)
	3.4	MG-F	ФО медиашлюза (Media Gateway Function)	RTP/RTCP, TDM, H.248, MGCP
	3.5	AGS-F	ФО сигнализации шлюза доступа (Access Gateway Signaling Function)

5.2 Сигнализации Softswitch

Основная задача Softswitch - согласовывать разные протоколы сигнализации как сетей одного типа, например, при сопряжении сетей H.323 и SIP, так и при взаимодействии сетей коммутации каналов с IP-сетями.

Основные типы сигнализации, которые использует SoftSwitch, - это сигнализация для управления соединениями, сигнализация для взаимодействия разных SoftSwitch между собой и сигнализация для управления транспортными шлюзами. Основными протоколами сигнализации управления соединениями сегодня являются SIP-T, ОКС-7 и H.323. В качестве опций используются протокол E-DSS1 первичного доступа ISDN, протокол абонентского доступа через интерфейс V5, а также все еще актуальная сигнализация по выделенным сигнальным каналам CAS.

Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и Megaco/H.248, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между коммутаторами SoftSwitch являются SIP-T и BICC.

За счет доступа к различным сетям и приложениям, на базе Softswitch гораздо проще организовывать различные виды услуг и дополнительных видов обслуживания:

· Полный набор современных услуг телефонии, таких как интеллектуальная маршрутизация вызовов, в зависимости от доступности абонента, ожидание вызова, удержание и перевод вызовов, трехсторонние конференции, парковка и перехваты вызовов, многолинейные группы абонентов и т. д.

· Назначение прямых городских номеров на любую из линий, разрешение или запрет определенных видов входящей/исходящей связи на них, получение статистики соединений.

· Широкие возможности активации и деактивации услуг и сервисов на определенной телефонной линии, посредством кодов активации, набираемых с телефона, посредством web-интерфейса, посредством обращения к голосовому порталу IVR, посредством меню телефонного аппарата.

· Голосовые сервисы, такие как голосовая почта, с возможностью отправки полученного сообщения на email и т. П [8].

5.3 Роль Softswitch в ТфОП и IP-сетях

Для телефонной сети общего пользования он будет одновременно и пунктом сигнализации ОКС 7 (SP или STP), и транзитным коммутатором, поддерживающим другие системы сигнализации ТфОП (E-DSS1, 2ВСК, R2), а для сети с коммутацией пакетов - устройством управления транспортными шлюзами (Media Gateway Controller) и/или контроллером сигнализации (Signaling Controller).

Функции преобразования информации целиком отдаются транспортным шлюзам (Media Gateway - MG), а логика обработки вызовов возлагается на контроллеры этих шлюзов (Media Gateway Controller - MGC). Такая структура позволяет использовать единый программный интеллект обработки вызовов для сетей разных типов (традиционных, пакетных, гибридных) с разными форматами речевых пакетов и с разным физическим транспортом, что, в свою очередь, дает возможность применять стандартные компьютерные платформы, операционные системы и среды разработки.

Назначение Softswitch - полный контроль процесса установления любого соединения. Вне зависимости от того, пользователь какой сети является инициатором этого процесса, и от того, кто будет вызываемым пользователем (или пользователями, если речь идет о конференцсвязи). Таким образом, Softswitch должен работать со всеми используемыми системами сигнализации и обеспечивать взаимодействие между устройствами, работающими по разным протоколам, что иллюстрирует рисунок 9.



Рисунок 9 - Сетевое окружение Softswitch.

5.4 Построение сети с устройствами Softswitch

И все же, проблема наличия стандартного и эффективного протокола при создании мультисервисной сети на основе устройств Softswitch остается, но, в первую очередь, - для взаимодействия между собой именно этих устройств. Сегодня, в основном, предлагается использовать для взаимодействия между устройствами Softswitch протоколы SIP/SIP-T, а для взаимодействия Softswitch с подчиненными им коммутационными устройствами - протоколы стандарта MGCP/ MEGACO/H.248. И те, и другие протоколы разрабатывались организацией IETF и поэтому изначально ориентированы на IP-сети. Это говорит о том, что они легко интегрируемы в стек существующих протоколов Интернет.

SIP является протоколом прикладного уровня, позволяющим устанавливать, изменять и завершать мультимедийные сессии. Текстовый формат его сообщений значительно упрощает их кодирование, декодирование и анализ, и это позволяет реализовать протокол на базе любого языка программирования. Число информационных полей в сообщениях SIP составляет всего несколько десятков (при сотнях в протоколе Н.323). Естественно, такой протокол работает быстрее и эффективней, что очень важно при взаимодействии устройств Softswitch между собой.

Кроме того, организация IETF разработала модифицированный протокол SIP-T (SIP for Telephony). В основном, это было сделано с целью интеграции сигнализации ОКС №7 с протоколом SIP. Узел взаимодействия SIP-сети с сетью ОКС 7 инкапсулирует сообщения ISUP в SIP-сообщения и транслирует часть информации из сообщений ISUP в заголовки сообщений SIP, чтобы обеспечить их транспортировку.

Поскольку сегодня вариант MGCP/MEGACO/H.248 широко используется при построении сетей IP-телефонии (SIP пока менее универсален и менее распространен), то на нем я остановлюсь чуть более подробно.

В основе работы протоколов стандарта MGCP/MEGACO/H.248 лежит принцип декомпозиции шлюзов, предусматривающий, что комплекс устройств разбивается на отдельные функциональные блоки, которые можно обобщенно описать следующим образом:

* транспортный шлюз - Media Gateway (MG), - который выполняет преобразование речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование;

* устройство управления - Media Gateway Controller (MGC), - выполняющее функции управления шлюзом и контролирующее процессы установления и разрыва соединения между MG;

В соответствии с этими рекомендациями (H.248, MGCP) весь интеллект обработки вызовов находится в контроллере MGC, а транспортные шлюзы просто исполняют поступающие от него команды. При этом транспортный шлюз выполняет все функции преобразования разнотипных потоков и сигнальных сообщений и передает контроллеру всю сигнальную информацию, обработав которую, тот выдает команду, определяющую дальнейшие действия транспортного шлюза.

Чтобы управлять работой транспортных шлюзов, контроллеры MGC должны получать и обрабатывать сигнальную информацию как от пакетных сетей, так и от телефонных сетей, основанных на коммутации каналов. В пакетных сетях сигнальная информация в большинстве случаев переносится по протоколу SIP или на основе рекомендации Н.323. Эти протоколы работают поверх IP-транспорта, а поскольку контроллер MGC тоже имеет выход в пакетную сеть (IP-сеть) для взаимодействия с транспортными шлюзами, то достаточно иметь в MGC соответствующие интерфейсы для получения сигнальной информации разных стандартов (например, SIP и Н.323). В то же время, сигнализация телефонной сети - общеканальная (ОКС 7, PRI ISDN) или по выделенным сигнальным каналам (ВСК) упереносится, как правило, в среде с коммутацией каналов, а большинство контроллеров MGC не имеют прямого выхода в эту среду, поэтому для доставки классической телефонной сигнализации ее необходимо упаковывать (инкапсулировать) в пакетный (IP) транспорт.

Помимо вышеупомянутых протоколов, в системах Softswitch реализуются протокол BICC передачи по IP-сети сигналов ОКС 7 и протокол IPDC передачи по IP-сети сигналов DSS1 ISDN.

Bearer Independent Call Control (BICC) разрабатывается Сектором стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (МСЭ) с 1999 года и ориентирован на использование для соединения двух сетей ОКС 7 через сеть пакетной коммутации.

Этот протокол можно рассматривать как еще одну подсистему-пользователя существующего набора протоколов сигнализации ОКС 7. В самом деле, сообщения управления соединениями протокола BICC могут транспортироваться подсистемой переноса сообщений (MTP). Но его же можно рассматривать и как полностью новый протокол. Сообщения BICC могут также транспортироваться через другие пакетные сети. Смысл здесь такой: зачем сохранять и обслуживать выделенную пакетную сеть сигнализации, если вы создаете другую пакетную сеть для транспортировки потоков пользовательской информации? Эта мультитранспортная способность протокола BICC достигается путем удаления из него тех относящихся к транспортировке процедур, которые существовали в ISUP, и размещения их в так называемом конвертере транспортировки сигнализации (signaling transport converter). При этом протокол BICC становится не зависящим от способа передачи сигнальной информации.