Транспортные связи. Эволюция транспортных сетей в мобильной связи
13.1. Взаимоувязанная сеть связи РФ - национальная транспортная магистральная сеть
Для организации информационного обмена между отдельными локальными и глобальными сетями развертывается транспортная сеть (ТС) реализующая сервисы транспортировки информационных потоков между отдельными абонентами, а так же предоставление информационных сервисов (таких как: радио, ТВ, факсимильная связь и др.) потребителям.
Транспортная сеть связи (backhaul ) - это совокупность ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.
Рисунок 13.1 - Телекоммуникационная сеть состоящая из магистральной транспортной сети и абонентов, подключенных к ней через сети доступа
Как правило, транспортные сети разворачиваются в национальном масштабе. В РФ такой транспортной системой является взаимоувязанная сеть связи РФ (ВСС).
Взаимоувязанная сеть связи России сегодня представляет собой совокупность сетей (рис. 13.2):
Сети общего пользования,
Ведомственных сетей и сети связи в интересах управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка.
При этом главная составляющая ВСС - сети связи общего пользования, открытые для всех физических и юридических лиц на территории России.
Рисунок 13.2 - Структура ВСС РФ
Организационно ВСС - это совокупность взаимоувязанных сетей электросвязи, находящихся в ведении различных операторов связи как юридических лиц, имеющих право предоставлять услуги электросвязи. Архитектура ВСС РФ приведена на рис. 13.3.
Взаимоувязанная сеть связи, как система связи, представляет собой иерархическую трехуровневую систему:
Первый уровень - первичная сеть передачи, представляющая типовые каналы и групповые тракты передачи для вторичных сетей;
Второй уровень - вторичные сети, т. е. коммутируемые и некоммутируемые сети связи (телефонные, документальной электросвязи и др.),
Достоверность сообщений (соответствие принятого сообщения переданному);
Надежность и устойчивость связи, т.е. способность сети выполнить транспортную функцию с заданными эксплуатационными характеристиками в повседневных условиях,
При воздействии внешних дестабилизирующих факторов.
Системы связи могут обеспечить защиту информации от ряда угроз ее безопасности (блокирование, несанкционированный доступ на отдельных элементах сети и др.). Ответственность за общее решение вопросов безопасности информации (обеспечение свойств конфиденциальности, целостности и доступности) возлагается на пользователя (собственника информации).
Устойчивость сети связи - это ее способность сохранять работоспособность в условиях воздействия различных дестабилизирующих факторов. Она определяется надежностью, живучестью и помехоустойчивостью сети.
Для повышения устойчивости сетей ВСС используются различные меры:
Оптимизация топологии сетей связи для упрощения их адаптации к условиям, возникающим в результате воздействия различных дестабилизирующих факторов, включая геополитические;
Рациональное размещение сооружений связи на местности с учетом зон возможных разрушений, наводнений, пожаров;
Применение специальных мер защиты сетей и их элементов от влияния источников помех различного характера;
Развитие систем резервирования;
Внедрение автоматизированных систем управления, организующих работу по перестройке и восстановлению сетей, поддержанию их работоспособности в различных условиях и др.
13.6. Этапы развития технологий транспортных и телекоммуникационных сетей
Телекоммуникационные системы в своем развитии прошли несколько этапов (рис. 13.9). На рис. 13.9, чем ниже лежит слой, соответствующей технологии , тем более высокоскоростной она является, а следовательно может обеспечивать передачу видов информации вышележащих технологий. Передача информации между вторичными сетями, построенными на базе различных телекоммуникационных технологий, осуществляется с использованием переходных элементов, называемых шлюзами, которые располагаются на их границах.
На первом этапе первичная сеть строилась на основе типовых каналов и трактов АСП.
Второй этап характеризовался созданием цифровых систем передачи на основе иерархии плезиохронных цифровых систем, которые образовывали первичную цифровую сеть. При этом на обоих этапах развития жестко закреплялся соответствующий ресурс первичной сети в виде типовых каналов и трактов за соответствующими вторичными сетями. Такой подход, основанный на жестком закреплении ресурсов первичной сети за вторичными сетями связи, не позволял осуществлять динамическое перераспределение ресурсов первичной сети в условиях нестационарной нагрузи различных видов информации, характеризовался использованием разнотипного каналообразующего и коммутационного оборудования и являлся не эффективным в экономическом плане. Наличие взаимного существования АСП и ЦСП вызвало необходимость решения задачи сопряжения между собой аналоговых каналов и трактов с цифровыми, что также приводило к дополнительному усложнению и повышению стоимости связи (модемы, АЦП-ЦАП, TMUX - трансмультиплексоры).
Рисунок 13.9 - Этапы развития телекоммуникационных технологий
Вторичные сети связи на этих этапах использовали, как правило, кроссовую коммутацию, традиционную коммутацию каналов аналоговых и цифровых, в телеграфных сетях связи применялась как коммутация каналов, так и коммутация сообщений, передача данных осуществлялась по некоммутируемым и коммутируемым каналам связи , а также с использованием метода коммутации пакетов. Видео и телевизионная информация передавалась по выделенным для этих целей широкополосных аналоговых или высокоскоростных цифровых трактах передачи АСП и ЦСП соответственно.
Третий этап развития телекоммуникационных систем связан с появлением новых технологий передачи информации, как при построении первичной сети, так и использовании новых технологий интегрального типа для построения вторичных сетей.
На этом этапе вторичные сети обеспечивают в едином цифровом виде совместную передачу различных видов информации, осуществляя динамическое перераспределение имеющегося ресурса между сообщениями различных видов информации. При этом в рамках каждой технологии вторичной сети используется однотипное коммутационное оборудование.
Основу первичной сети третьего этапа составляют цифровые системы передачи плезиохронной и синхронной иерархий, которые обеспечивают функционирование всех вторичных сетей, использующих различные методы оперативной коммутации: быструю коммутацию каналов, быструю коммутацию пакетов, коммутацию кадров, пакетов и ячеек.
В последнее время при развитии телекоммуникационных систем получила развитие концепция сетей связи следующего/нового поколения NGN (Next/New Generation Network). Концепция NGN предусматривает создание новой мультисервисной сети, при этом с ней осуществляется интеграция существующих служб путем использования распределенной программной коммутации (soft-switches).
Эволюция корпоративных сетей от аналого-цифрового варианта к NGN-архитектуре иллюстрируется рис. 13.10.
Рисунок 13.10 - Эволюция архитектуры телекоммуникационных сетей
Сети следующего поколения (NGN) представляют собой новую концепцию сети, комбинирующую в себе голосовые функции, качество обслуживания (QoS) и коммутируемые сети с преимуществами и эффективностью пакетной сети. Сети NGN означают эволюцию существующих телекоммуникационных сетей, отражающуюся в слиянии сетей и технологий. Благодаря этому обеспечивается широкий набор услуг начиная с классических услуг телефонии и кончая различными услугами передачи данных или их комбинацией.
Концепция NGN – концепция построения сетей связи следующего/нового поколения (Next/NewGeneration Network ), обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими настройками по их:
- управлению,
- персонализации,
- созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений,
Мультисервисная сеть – сеть связи, которая построена в соответствии с концепцией NGN и обеспечивает предоставление неограниченного набора инфокоммуникационных услуг (VoIP, Интернет, VPN, IPTV, VoD и др. ).
Сеть NGN – сеть с пакетной коммутацией, пригодная для предоставления услуг электросвязи и для использования нескольких широкополосных технологий транспортировки с включенной функцией QoS, в которой связанные с обслуживанием функции не зависят от примененных технологий , обеспечивающих транспортировку .
Возможности сети NGN:
- реализация универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией,
- вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы,
- интеграция с традиционными сетями связи.
Сеть NGN должна обладать широким спектром возможностей – предоставлять возможности (инфраструктуру, протоколы) для целей создания, развертывания и управления всеми возможными видами услуг (известными или пока не известными). В данное понятие входят услуги, использующие данные различных типов (например, голосовые, видео, текстовые данные их различные комбинации и сочетания с другими типами данных).
Передача может осуществляться со всеми типами схем кодирования и технологий передачи данных, например диалоговые передачи, 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, предъявляющие различные требованиями к ширине полосе, с гарантированной полосой или без нее, должны поддерживаться с учетом технических возможностей используемой технологии передачи данных.
Особое внимание в сетях NGN уделяется гибкости реализации услуг в стремлении к наиболее полному удовлетворению всех требований заказчика. В некоторых случаях возможно также предоставление пользователю возможности настройки используемых им услуг. NGN должна поддерживать открытые интерфейсы программирования приложений, чтобы поддерживать создание, предоставление и управление услугами.
Обобщая вышеизложенное, можно сказать, что современное развитие телекоммуникационных сетей связи происходит через интеграцию всех функциональных возможностей, заложенных в модели транспортных сетей. Интеграция привела к созданию универсальных мультисервисных транспортных платформ с электрическими и оптическими интерфейсами , с электрической и оптической коммутацией каналов и пакетов (кадров и ячеек), с предоставлением любых видов транспортных услуг, включая услуги автоматически коммутируемых оптических сетей c сигнальными протоколами, основанными на обобщённом протоколе коммутации по меткам GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching).
На рис. 13.11 представлена обобщенная архитектура транспортной платформы, в которой указаны возможные источники информационной нагрузки, протоколы согласования и транспортные технологии по информации из работы .
Рисунок 13.11 - Обобщенная архитектура оптической мультисервисной транспортной платформы
Обозначения на рис. 13.11 :
PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy - плезиохронная цифровая иерархия (скорости 2, 8, 34 и 140 Мбит/с);
N-ISDN, Narrowband Integrated Services Digital Network - узкополосная цифровая сеть с интеграцией служб (У-ЦСИС);
IP, Internet Protocol - межсетевой протокол;
IPX, Internet Packet eXchange - межсетевой обмен пакетами;
MPLS, Multi-Protocol Label Switching - многопротокольная коммутация по меткам;
GMPLS, Generalised MPLS - протокол обобщенной коммутации по меткам;
SANs, Storage Area Networks - сети хранения данных (серверы услуг, базы данных);
ISCSI, internet Small Computer System Interface - протокол для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами;
HDTV, High-Definition Television - телевидение высокой четкости;
ESCON, Enterprise Systems Connection - соединение учрежденческих систем (с базами данных, серверами);
FICON, Fiber Connection - волоконное соединение для передачи данных;
PPP, Point-to-Point Protocol - протокол «точка-точка»;
RPR, Resilient Packet Ring - протокол пакетного кольца с самовосстановлением;
HDLC, High-level Data Link Control - протокол управления каналом высокого уровня;
GFP, Generic Framing Procedure - процедура формирования общего кадра.
Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур , например, виртуальных контейнеров высокого и низкого порядков в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet .
Сможет ли оператор запустить новые услуги в действующей транспортной сети, справится ли она с передачей высокоскоростного трафика мультимедийных данных?
Проблемы, волнующие операторов
С переходом к технологии UMTS полоса пропускания прямого и обратного каналов передачи трафика значительно увеличивается.
Очевидны и изменения структуры передаваемого трафика. До сих пор в мобильных сетях превалирует голосовой трафик, но при переходе к 3G роль услуг передачи данных возрастет, и существенно увеличится их вклад в общий объем трафика. В определенный момент IP-трафик станет преобладающим, особенно с учетом всеобщей миграции голоса от канальной к пакетной коммутации.
Мгновенные отказ от традиционных технологий и переход к IP невозможны, а потому транспортная среда оператора мобильной связи должна обеспечивать постепенную миграцию. Возможность передачи трафика по традиционным протоколам (TDM, ATM и FR) через IP-сеть с помощью технологии PWE3 (Pseudo Wire Emulation End-to-End) делает IP-среду универсальной с точки зрения поддержки услуг второго и третьего поколений.
В общем случае в транспортной сети мобильного оператора можно выделить два основных сегмента: магистральная транспортная сеть и сеть радиодоступа (RAN). Принципы построения магистральной сети мобильного оператора имеют свои особенности, но в целом совпадают с принципами построения других магистральных сетей.
Ситуация с развитием транспортных сетей RAN - иная. В сетях второго поколения для подключения базовых станций и контроллеров операторы используют мобильные низкоскоростные TDM-каналы. Изначально они были вынуждены арендовать большинство каналов у операторов фиксированной и дальней связи, но сейчас ситуация улучшается. Многие сотовые компании имеют собственную оптическую инфраструктуру SDH/PDH, радиорелейное оборудование и сокращают количество арендуемых каналов. Как следствие, уменьшаются операционные расходы на содержание сети. При этом мало кто из операторов думает о технологии IP как о возможном пути решения проблем, связанных с расширением транспортной сети RAN, но именно построение IP-RAN позволяет решить многие проблемы модернизации уровня доступа.
Как уже отмечалось, новые услуги требуют расширения полосы пропускания. Если ранее емкости выделенного канала 2 Мбит/c (E1) было достаточно для передачи трафика от базовой станции к контроллеру, то БС 3G требуют уже четырех каналов E1. В ближайшем будущем базовым станциям понадобится полоса пропускания 14,4 Мбит/c, и это - не предел. Для подключения одной БС потребуется целый «пучок» каналов E1, что неудобно и имеет ряд ограничений.
Использование IP в качестве транспортной среды позволяет без труда получить полосу пропускания 100 или 1 тыс. Мбит/с, что многократно превышает емкость каналов E1.
Типовые сценарии построения IP-RAN
В зависимости от типов используемого оборудования и характеристик транспортных сетей варианты построения IP-RAN различаются. Мы последовательно рассмотрим разные сценарии.
Первый сценарий типичен для всех операторов второго поколения, планирующих переход к 3G: это передача трафика БС 2G по каналам Ethernet. Традиционно базовые станции мобильного оператора второго поколения подключаются к контроллерам через каналы TDM, по которым передаются как голосовые пакеты, так и сигнальный трафик, а также не менее важный синхросигнал для согласования работы всех БС и контроллеров. Преимущество TDM перед Ethernet в сетях мобильной связи состояло в том, что последние не могли синхронизировать работу оборудования. Однако с развитием IP-технологий проблема была решена. Сейчас доступны несколько технологий, позволяющих решить проблему передачи синхросигнала через IP-сеть, например технологии адаптивного восстановления синхросигнала, синхронный Ethernet и др. Следовательно, рассматриваемый сценарий создания сети IP-RAN можно полностью реализовать на базе Ethernet.
Второй сценарий тоже характерен для сетей второго поколения, где большую часть трафика составляет голосовая информация. При разговоре двух человек один из них, как правило, говорит, а второй слушает, поэтому при использовании TDM-технологий каналы минимум наполовину загружаются неинформативным трафиком, то есть тишиной. Все неинформативные пакеты могут быть выявлены на устройствах доступа в IP-сеть и отброшены за ненадобностью. Перед отправкой в сеть информативные пакеты можно оптимизировать на устройстве доступа по принципу, схожему с архивацией файлов. Все это позволяет существенно сократить объемы трафика, передаваемого от базовой станции, и потребность в полосе пропускания, уменьшить объемы передаваемой информации и операционные расходы на содержание транспортной сети.
Третий сценарий характерен при наличии базовых станций с поддержкой технологии ATM. В этом случае устройства доступа должны поддерживать стандарт ATM IMA для подключения базовых станций и технологию PWE3 для организации виртуальных ATM-каналов через IP-сеть. По способам организации виртуальных каналов и передаче синхросигнала третий сценарий аналогичен первому.
Четвертый сценарий типичен для европейских мобильных операторов, которые раньше опирались на хорошо развитые транспортные сети ATM и не могли одномоментно отказаться от их дальнейшего использования. В европейских сетях 3G наблюдается разделение трафика по разным средам передачи. Так, голосовой трафик и синхросигнал по традиции передаются через ATM-сеть, гарантирующую высокое качество обслуживания. А дополнительный трафик услуг, не критичных к качеству обслуживания, пересылается по новой транспортной IP-инфраструктуре. Это вовсе не означает, что европейские компании не доверяют IP-технологиям передачу ключевого трафика, а лишь свидетельствует о том, что они пытаются максимально разгрузить сеть при минимуме дополнительных вложений. В качестве IP-каналов доступа могут использоваться каналы Ethernet, а также медные DSL-линии, что позволяет существенно сократить расходы на построение IP-RAN.
Пятый сценарий применяется при развертывании БС нового поколения на базе IP. Такие базовые станции могут использовать объединенный групповой канал, состоящий из нескольких потоков E1. В этом случае при подключении нескольких БС через радиорелейные или проводные каналы к одному устройству доступа рациональным решением является терминация сессий Multilink PPP на устройстве доступа и агрегация IP-трафика в единый поток. Определение трафика от каждой базовой станции выполняется в соответствии с ее IP-адресом.
Последний, шестой, сценарий продиктован переходом операторов на сети третьего поколения. Этот процесс не будет мгновенным, а динамика спроса на новые услуги с трудом поддается прогнозированию. Операторы продолжают получать высокие доходы от сетей 2G и не собираются их сворачивать, поэтому на одной площадке не исключена работа БС второго и третьего поколений. В данном случае устройство доступа должно принимать от базовых станций трафик разных типов (IP, TDM, ATM) и обеспечивать его передачу по виртуальным IP-каналам. Синхросигнал также передается через IP-сеть.
Большинство сложностей построения RAN на базе IP вызвано необходимостью в «подгонке» возможностей пакетной технологии под требования мобильного оборудования, изначально работавшего с протоколами TDM и ATM. Однако новые технологии IP, такие как PWE3 или передача синхросигнала по IP-каналам, позволяют операторам строить универсальные мультисервисные транспортные сети для предоставления услуг 2G и 3G, развития дополнительных сервисов.
Отметим, что компания Huawei первая предложила рынку базовые станции, подключаемые к сети IP, с поддержкой технологий Ethernet и TDM-over-IP. При этом заказчикам предоставляются не отдельные сетевые элементы, а комплексные решения IP-RAN. Не ограничиваясь новыми базовыми станциями, Huawei выпустила целую линейку оборудования серии CX с поддержкой технологий передачи трафика TDM, ATM, IP поверх MPLS и реализовала передачу синхросигнала через IP. Высокая плотность портов E1, IMA E1, FE позволяет подключать к одному устройству CX базовые станции второго и третьего поколения. Для повышения надежности решения IP-RAN на уровне доступа реализованы технологии надежных кольцевых структур RPR и RRPP. В том случае, когда построение колец доступа невозможно, устройства CX обеспечивают построение сети древовидной топологии на основе протоколов STP и RSTP.
Алексей Гордиенко ([email protected]) - менеджер по оборудованию передачи данных компании Huawei
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ТРАНСПОРТНЫЕ СЕТИ»
Для студентов специальности 210709
«Многоканальные телекоммуникационные системы»
Разработано преподавателем ХИИК Некрасовой ЕМ
Хабаровск 2014
| 1 Классификация транспортных сетей (ТС). Обзор технологий для ТС | ||
| 2 IP-телефония | ||
| 2.1 Виды соединений в сети IP-телефонии | ||
| 2.2 Шлюзы IP-телефонии | ||
| 2.3 Протоколы IP-телефонии | ||
| 2.4 Кодеки IP-телефонии | ||
| 3 Качество обслуживания в мультисервисных IP-сетях | ||
| 3.1 Технологии обеспечения качества пропуска мультимедийного трафика | ||
| 3.2 Очереди и алгоритмы их обслуживания - основа QoS | ||
| 4 Технология MPLS | ||
| Технологии MPLS Traffic Engineering (TE) и Fast Re Route (FRR) | ||
| 5 Безопасные информационные систем 5.1 Симметричное и асимметричное шифрование | ||
| 5.2 Механизм электронной цифровой подписи | ||
| 6 Виртуальные частные сети (VPN) 31 | ||
| 6.1 Понятие "туннеля" при передаче данных в сетях | ||
| 6.2 Архитектура VPN-сетей | ||
| 6.3 Протоколы для организации VPN | ||
| 6.4 MPLS VPN | ||
| 7 NGN (Next Generation Network - сеть следующего поколения) | ||
| 8 Архитектура современной сельской мультисервисной сети связи | ||
| 9 Технология Metro Ethernet | ||
| 10 Пассивные оптические сети (PON) – переворот в широкополосном доступе | ||
| 11 Гибкие мультиплексоры. Мультиплексор ENE-04 |
Список литературы
1 Олифер В.Г. Олифер Н.А. Основы компьютерных сетей, учебник, – Спб.: Питер, 2009 г.
2 А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева. IP-Телефония – М.: Эко-трендз, 2003г.
3 С.В. Запечников, Н.Г. Миославская, А.И. Толстой основы построения виртуальных частных сетей, учебное пособие. – Горячая линия – Телеком, 2003 г.
4 Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet – СПб.: БХВ - Петербург, 2007г
5 Бакланов И.Г. «NGN: принципы построения и организации», - М.:ЭКО-ТРЕНДЗ, 2008 г
6 Б.С. Гольдштейн А.Б. Гольдштейн. «SOFTSWITCH» «БХВ – Санкт-Петербург» 2006г
7 Олифер В.Г. Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.
4-е издание – Спб.: Питер, 2010 г, 944 стр.
7 Гольдштейн B.C., Пинчук А.В., СуховицкийА.Л. IP-Телефония. - М.: Радио и связь, 2001с
Классификация транспортных сетей. Обзор технологий для транспортной сети (ТС)
«Ум заключается не только в знании,
но и в умении прилагать знание на деле»
Аристотель.
Сначала было слово. Слово содержало некую информацию, предназначенную для передачи от человека к человеку. И уж потом постепенно у людей сформировалось осознание того, что для нормального информационного обмена необходимы коммуникации - от голубиной почты и верблюжьих караванов до телефонов, компьютеров и волоконно-оптических магистралей. То, что произошло в мире телекоммуникаций сегодня, можно квалифицировать, скорее, как революцию, чем как эволюцию, настолько велико различие между тем, что представлял собою телефон вчера, и тем, как возросло распространение информации и влияние сети Интернет сегодня. Существующая сегодня телефонная сеть общего пользования (ТфОП) и, вместе с ней, сама технология коммутации каналов на стадии вымирания. Её место занимает сеть с коммутацией пакетов, которая будет обслуживать передачу речи, видеоинформации и данных. Процесс информатизации набирает обороты во всем мире. В современном глобальном мире уровень информатизации обеспечивает конкурентоспособность и безопасность страны.
Еще 10 лет назад любая технология связи могла бы просуществовать 20-30 лет. Теперь многие технологии «умирают» за 1-2 года, потому что оборудование связи очень сильно подвергается моральному износу (т.е. оборудование еще может функционировать, но оно уже не будет отвечать современным тенденциям и требованиям). А новое оборудование, устанавливаемое на станциях, нуждается в квалифицированных работниках, поэтому специалистам, работающим с новыми технологиями, требуется непрерывно повышать свои знания и улучшать навыки.
Грядущий переход Интернета на более эффективный протокол IPv6 поможет реализовать более сложные алгоритмы обслуживания абонентов и даже построить "интернет вещей", когда выход в сеть будут иметь и зубные щетки, и холодильники, и автомобили, а множество датчиков и сенсоров будут объединяться в самоорганизующиеся сети. А количество "пользователей" по линии "machine-tomachine" (или М2М) будет насчитывать десятки миллиардов устройств.
Связистам надо двигаться от потребителя и стараться сгенерировать действительно очень важные для него услуги, пусть даже и с его участием. И будет всем нам счастье. Ведь счастье подобно бабочке - чем усерднее ловишь его, тем успешнее оно ускользает. Но если вы перенесете свое внимание на другие вещи, оно придет и тихонько сядет вам на плечо.
Это было лирическое отступление. А теперь посмотрим на обложку данного учебного пособия, где приведён рисунок, иллюстрирующий понятия: «транспортной сети» и «сети доступа».
Транспортная сеть – это совокупность сетевых элементов, которые обеспечивают передачу трафика. Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет функции переноса (транспортировки) потоков сообщений от их источниковиз одной сети доступа к получателям сообщений другой сети доступа .
Сеть доступа – это совокупность сетевых элементов, обеспечивающих доступ абонентов к ресурсам транспортной сети с целью получения услуг. Сеть доступа связывает источник (приемник) сообщений с узлом доступа, являющимся граничным между сетью доступа и транспортной сетью.
Из рисунка на обложке пособия видно, что основными технологиями современной транспортной сети являются: WDM, NGSDH (SDH нового поколения), MPLS и, конечно, 10GE.
В современной сети доступа в настоящее время применяется громадное количество различных технологий, например: различные виды DSL (ADSL, HDSL, VDSL); различные виды оптического доступа (FTTH – оптика в квартиру, FTTB – оптика в здание, FTTC – оптика в уличный шкаф); различные виды радиодоступа (Wi-Fi, WiMAX, LTE), MetroEthernet, GPON и т. д.
По типу присоединяемых абонентских терминалов сети ВСС разделяются на:
сети фиксированной связи , обеспечивающие присоединение стационарных абонентских терминалов;
сети подвижной связи , обеспечивающие присоединение подвижных (перевозимых или переносимых) абонентских терминалов.
Кроме того, по способу организации каналов сети традиционно разделяются на первичные и вторичные (рисунок 1.1).
Первичная сеть представляет собой совокупность каналов и трактов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи (или физических цепей), соединяющих эти узлы. Первичная сеть предоставляет каналы передачи (физические цепи) для вторичных сетей для образования каналов связи.
Вторичная сеть представляет собой совокупность каналов связи, образуемых на базе первичной сети путем их маршрутизации и коммутации в узлах коммутации и организации связи между абонентскими устройствами пользователей.
Рисунок 1.1 – Структура системы электросвязи
В основе построения классической системы электросвязи лежит первичная сеть, включающая в себя среду распространения сигналов и аппаратуру передачи сигнала, обеспечивающую создание типовых каналов и трактов первичной сети. Первичная сеть может быть построена на основе аналоговых систем передачи (АСП) или на основе цифровых систем передачи (PDH, SDH).
Типовые каналы и тракты первичной сети используются различными вторичными сетями: сетями телефонии, передачи данных, радиосвязи, телевидения, сетями сотой связи.
Очень важно понимать классификацию сетей связи по территориальному делению :
магистральная – это сеть, связывающая между собой узлы центров субъектов Российской Федерации. Магистральная сеть обеспечивает транзит потоков сообщений между зоновыми сетями;
зоновые (или региональные) – это сети связи, образуемые в пределах территории одного или нескольких субъектов Российской Федерации (регионов);
местные – это сети связи, образуемые в пределах административной или определенной по иному принципу территории и не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские;
международная – это сеть общего пользования, присоединенная к сетям связи иностранных государств.
IP-телефония
Аббревиатура VoIP (Voice Over Internet Protocol) означает передачу голоса через интернет-протокол. Истоки технологии VoIP находятся в далеком 1876 году, когда американец Александр Белл осуществил первый телефонный звонок и запатентовал изобретенный им «говорящий телеграф» Это устройство не имело звонка, а вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Появление VoIP датируется 1995 годом, когда маленькая израильская компания VocalTec выпустила первую программу для интернет-телефонии. Программа называлась Internet Phone и была предназначена для звонков с домашнего компьютера.
В сетях на основе протокола IP все данные - голос, текст, видео передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями по одной и той же линии . При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.
Рисунок 2.1 – Соединение в сети с коммутацией пакетов
Аналоговый сигнал от абонента поступает в шлюз IP-телефонии .
В шлюзе происходит следующее : на первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование. На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.
Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов происходит в приёмном шлюзе также в несколько этапов. Сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться.
Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.
Полученная таким образом последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.
Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.
В настоящей время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети:
1) через глобальную сеть Интернет (Интернет-телефония);
Добрый день, уважаемое сообщество.
В данной статье хотелось бы немного рассказать о планировании Mobile Backhaul в нашем небольшом операторе связи. Возможно кому-то это покажется интересным, а может быть и полезным.
Начну с того, что наша компания предоставляет услуги мобильной связи 2G/3G и в ближайшее время планирует запуск в коммерцию сети LTE. Наша абонентская база составляет всего около 200 000 человек. Таким образом, по современным меркам, мы являемся довольно маленьким оператором.
И вот, не так давно, перед нами встала задача по модернизации опорной сети передачи данных.
Цель проекта
Как известно, в настоящее время многие операторы связи переводят свои опорные сети на IP.Это связано с увеличением объемов потребляемого трафика, внедрением новых технологий, таких как VoIP, IPTV, LTE и др.
Переход на IP делает оператора очень гибким, позволяет без проблем наращивать пропускную способность и предоставлять новые сервисы.
Наш оператор не явился исключением и мы также начали проект по строительству Mobile Backhaul.
Что же такое Mobile Backhaul?
Mobile Backhaul - это опорная сеть передачи данных связывающая базовые станции с функциональными элементами 2G/3G/LTE сети (контроллеры базовых станций и др.). А в случае LTE Mobile Backhaul также обеспечивает возможность соединения базовых станций напрямую между собой. Кроме этого Mobile Backhaul должен также обеспечивать возможность предоставления всех необходимых сервисов (синхронизация, качество обслуживания и др.).Анализ требований к опорной сети
На первом этапе необходимо было понять каким требованиям должна отвечать опорная сеть и какое оборудование для этого должно быть использовано.После анализа имеющихся у нас задач, было выяснено, что опорная сеть должна выполнять следующие функции:
1) Обеспечивать возможность изоляции различного типа трафика от базовой станции (сигнализация, управление, данные и др.)
2) Обеспечивать возможность подключения корпоративных клиентов с использованием услуги L2VPN/L3VPN
3) Обеспечивать необходимые показатели качества обслуживания (QoS)
4) Обеспечивать возможность синхронизации базовых станций по IP (IEEE 1588)
Таким образом, учитывая эти требования, в опорной сети было решено развернуть технологию MPLS, которая позволяет реализовать поверх себя все (и даже больше) перечисленные функции.
Для построения Mobile Backhaul было выбрано оборудование компании Cisco Systems.
Выбор был сделан с учетом следующих факторов:
1) Наш оператор имеет давние взаимоотношения с компанией Cisco Systems. Вся транспортная сеть построена на оборудовании данной компании.
2) В технологической сети используется оборудование Nokia, которая является партнером Cisco Systems в части построения сетей для операторов связи.
3) В последнее время Cisco выпускает достаточное количество интересного железа для операторов связи, которое очень хорошо вписывается в нашу концепцию.
Проектирование сети
В настоящее время как у Nokia так и у Cisco Systems существует множество вариантов дизайна сети операторов связи. Основной проблемой в нашем случае являлось то, что все эти варианты планировались для больших операторов и никак не соответствовали нашим требованиям.В частности Cisco предлагает для проектирования опорной сети Unified MPLS Mobile Transport Design Guide (находится в свободном доступе на сайте Cisco Community). В этом Design Guide есть несколько вариантов построения сети, минимальный из которых предусматривает ситуацию, в котором у Вас имеется «менее 1000 узлов доступа». И даже этот вариант оказался большим для нашего оператора (первоначально планируется перевести на IP около 50 базовых станций с дальнейшим увеличением до 300-400). При этом несколько близлежащих базовых станций могут подключаться в один узел доступа.
Таким образом в нашей сети можно рассчитывать максимум на 100-150 узлов доступа.
В связи с вышесказанным, мы приступили к упрощению предложенной Cisco схемой и адаптацией к нашим реалиям.
В итоге получилось следующее:
1) Опорная сеть будет состоять из трех уровней: доступ, агрегация и ядро (для больших решений Cisco использует 5 уровней).
2) На всей опорной сети будет настроен MPLS, вплоть до доступа. Это позволит реализовать весь необходимый нам функционал и обеспечить требуемый уровень обслуживания.
3) Маршрутизация также будет дотянута до узлов доступа, что позволит передавать трафик между соседними базовыми станциями напрямую, минуя агрегацию/ядро.
В качестве узлов доступа были выбраны маршрутизаторы Cisco ASR901, позиционирующиеся как Cell Site Gateway.
Преимуществами данных маршрутизаторов являются: относительно низкая цена, полный набор необходимых фунций, DC питание, низкое энергопотребление и большой набор сетевых интерфейсов.
В качестве узлов агрегации были выбраны коммутаторы Cisco ME3600X. На этих коммутаторах имеется по 24 оптических порта Gigabit Ethernet и два интерфейса 10 Gigabit, что позволяет передавать в ядро большие объемы трафика. Кроме этого эти коммутаторы хорошо поддерживают MPLS и все необходимые фунции.
В качестве ядра опорной сети выступают имеющиеся на данный момент Cisco 7609. Для них лишь были докуплены платы 10 Gigabit для обеспечения необходимой пропускной способности.
В итоге вырисовывается следующая схема:
Все узлы доступа подключаются полукольцом по 3-5 маршрутизаторов, что позволяет сэкономить дорогостоящие порты на коммутаторах агрегации и в то же время обеспечить резервирование в случае единичного отказа устройства или линка. Каждый из узлов агрегации подключается к каждому из узлов ядра, что также обеспечивает необходимый уровень резервированная.
Подключение базовых станций
В нашем случае существует два типа подключения: подключения 2G/3G станций и подключение LTE станцийВ случае с LTE все выглядит довольно просто. IP/MPLS протягивается вплоть до ASR901. На ASR 901 настраивается протокол маршрутизации OSPF и необходимые L3VPN (VRF) - в нашем случае это ControlPlane, UserPlane, O&M и SyncroPlane:
ControlPlane - Сигнализация
UserPlane - Данные
O&M - Управление
SyncroPlane - Синхронизация
Базовые станции включаются различными сабинтерфейсами в необходимые им L3VPN.
Эти же L3VPN присутствуют на узлах, к которым подключены MSS/RNC и др. Таким образом связь между базовой станцией и указанными сетевыми элементами осуществляется изолированно внутри L3VPN посредством протокола MP-BGP.
В случае с 2G/3G базовые станции подключаются с помощью TDM/ATM, по которым и передаются данные и служебный трафик. В связи с этим необходимо обеспечить передачу TDM/ATM трафика между базовой станцией и контроллером по IP-сети. Это достигается настройкой L2VPN (Pseudowire) между ASR901 и сайт-коммутаторами к которым подключен RNC. Таким образом все данные передаются по туннелю поверх IP-сети.
В итоге мы получаем единую архитектуру, позволяющую осуществлять подключение различных типов базовых станций, корпоративных клиентов и которая при этом легко масштабируется.
Эта схема в тестовом использовании зарекомендовала себя очень хорошо и готовится к вводу в коммерческую эксплуатацию.
Чтобы не перегружать статью, здесь не были глубоко затронуты вопросы QoS, синхронизации и т.д.
Возможно эти вопросы будут описаны в дальнейшем, если они кого-нибудь заинтересуют.
Транспортная сеть связи – это сеть, обеспечивающая перенос разных видов информации с использованием различных протоколов передачи.
Транспортные сети можно разделить на три уровня . Сети первого уровня – локальные или местные. Они организуются в городских или сельских местностях. Сети второго уровня – региональные или внутризоновые . Третий уровень – глобальная (магистральная) сеть. При построении транспортных сетей разных уровней сохраняется единообразие в способах транспортировки информации, методах управления сетями и организации синхронизации. Различия в сетях разного уровня состоят лишь в иерархии используемых скоростей, архитектуре сетей (кольцевая, звездообразная, линейная и др.), мощности узлов кросс-коммутации. В качестве линии передачи в транспортных сетях используются волоконно-оптические линии передачи, радиорелейные и спутниковые стволы, коаксиальные кабели.
На рисунке 2.8 показана структура местной (города) транспортной сети на базе технологии SDH.
Рис. 2.8 Структура транспортной сети города на базе технологии SDH
Для построения современных транспортных и корпоративных сетей любого уровня наибольшее применение находят сетевые технологии ПЦИ/ PDH, СЦИ/SDH и ATM. Технология ATM , в отличие от технологий PDH и SDH, охватывает не только уровень первичной или транспортной сети, но и объединяет уровни вторичных сетей и сетей доступа с первичной сетью. В последние годы получили развитие такие технологии как DWDM, IP поверх ATM и IP поверх SDH. В настоящее время наибольший прогресс достигнут в создании магистральных сетей на основе вышеназванных технологий. Появились новые технологии передачи IP-трафика с унифицированными соединениями IP-маршрутизаторов, использующими в качестве канальной среды такие технологии, как WDM, DWDM, SDH и ОВ в виде «темных волокон». В транспортных сетях используется иерархия скоростей передачи в соответствии с международными рекомендациями ITU-T и получившим наибольшее распространение, европейским стандартом, который применяют на сетях связи России. Технология PDH поддерживает следующие уровни иерархии цифровых каналов: абонентский или основной канал Е0 (64 кбит/с) и пользовательские каналы уровней Е1 (2,048 Мбит/с), Е2 (8,448 Мбит/с), Е3 (34,368 Мбит/с), Е4 (139,264 Мбит/с). Уровень цифрового канала Е5 (564,992 Мбит/с) определен в рекомендациях ITU-T, но на практике его обычно не используют. Цифровые каналы PDH являются входными (полезной нагрузкой) для пользовательских интерфейсов сетей SDH.
Современная цифровая первичная или транспортная сеть, как правило, строится на основе совокупности аппаратуры PDH и SDH. Цифровые каналы транспортной сети с пропускной способностью (скоростью передачи) от 64 кбит/с до 39813,12 Мбит/с создаются на основе технологий PDH и SDH (табл.8.4.1, табл.8.4.2). Технологии PDH и SDH взаимодействуют друг с другом через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования цифровых потоков Е1, Е3 и Е4 PDH в аппаратуре SDH. В табл.8.4.1 приведены общие характеристики основного цифрового канала Е0 и сетевых трактов Е1, Е2, Е3 и Е4 PDH.
Технология SDH по сравнению с PDH имеет следующие особенности и преимущества:
предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование, что приводит к необходимости построения систем синхронизации сети;
предусматривает прямое мультиплексирование и прямое демультиплексирование (ввод-вывод) цифровых потоков PDH;
основана на стандартных оптических и электрических интерфейсах, что обеспечивает совместимость аппаратуры различных производителей;
позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии;
обеспечивает полную совместимость с аппаратурой PDH, ATM и IP;
обеспечивает многоуровневое управление и самодиагностику транспортной сети.
Технология ATM , основанная на статистическом мультиплексировании различных входных сигналов, разрабатывалась сначала как часть широкополосной технологии B-ISDN. Она предназначена для высоко-скоростной передачи разнородного трафика: голоса, данных, видео и мультмедиа, и ориентирована на использование физического уровня высокоскоростных сетевых технологий, таких как SDH, FDDI и др. В технологии ATM базовые значения скоростей передачи для интерфейсов доступа (пользовательских интерфейсов) соответствуют цифровым каналам Е1 (2 Мбит/с), Е3 (34 Мбит/с), Е4 (140 Мбит/с) PDH, ATM (25 Мбит/с), Fast Ethernet, FDDI (100 Мбит/с) и некоторым другим. Базовые скорости линейных интерфейсов передачи соответствуют скоростям передачи цифровых каналов STM-N (N=1, 4, 16, 64 (табл.2)) системы SDH.
Технология ATM была первой технологией, на основе которой вместо стандартных и многочисленных сетей (телефонной, телеграфной, факсимильной связи и сетей передачи данных) предполагалось построить единую цифровую сеть на базе широкого использования ВОЛС. Однако из-за высокой стоимости аппаратуры ATM и широкого проникновения протокола IP в сети глобальных масштабов, не способствовали осуществлению этих планов в полной мере. Технология IP является основой сети Интернет и представляет собой набор протоколов, называемый стеком протоколов TCP/IP, а протокол управления передачей IP – протоколом сети Интернет. Именно он реализует межсетевой обмен. Главным достоинством является то, что стек протоколов TCP/IP обеспечивает надежную связь между сетевым оборудованием различных производителей. Протоколы стека TCP/IP описывают формат сообщений и указывают, каким образом следует обрабатывать ошибки, предоставляют механизм передачи сообщений в сети независимо от типа применяемого оборудования. Однако за время существования стека протоколов TCP/IP выявились слабости и недостатки архитектуры протоколов TCP/IP. Во многих случаях IP-технология не может удовлетворить требованиям новых приложений. Прежде всего, она должна обеспечивать более высокую пропускную способность. Однако этого не достаточно. Требуется дополнить IP-технологию средствами управления пропускной способностью, которые бы гарантировали приложениям нужное им качество обслуживания QoS.
Развитие инфотелекоммуникационных технологий постоянно стимулируется поиском возможностей и технологий, способных наиболее эффективно объединять сети, превращая их в мультисервисные широкополосные и сверхширокополосные. В настоящее время наибольший прогресс достигнут в создании глобальных магистральных сетей на основе технологий IP поверх ATM и IP поверх SDH. Появились новые технологии передачи IP-трафика, предусматривающие унифицированные соединения маршрутизаторов через системы и среды, такие как WDM, DWDM, «темное волокно». Примером такой технологии может быть предложенный в 1999г. компанией Cisco Systems протокол SRP (Spatial Reuse Protocol)который впоследствии стал называться DPT (Dynamic Packet Transport). В технологии DPT воплотились лучшие качества таких технологий как SDH, FDDI и др. Технология DPT позволяет избежать промежуточных протоколов других сетевых технологий, например, SDH и ATM при передаче трафика IP по волокну. К основным преимуществам технологии DPT можно отнести следующие. Применение формата SDH (уровня STM-1) позволяет передавать трафик DPT по сетям SDH, благодаря чему обеспечивается их совместимость. При этом магистральные тракты занимают полосу пропускания лишь между точками передачи и приема сигналов, что позволяет более эффективно использовать пропускную способность кольцевой топологии сети DPT. Технологии DPT присущи развитые возможности резервирования трафика за счет реализации механизмов восстановления в кольцевой топологии сети. Применение протокола IP позволяет реализовать сквозной мониторинг всей сети DPT, начиная от магистральной (транспортной) и заканчивая сетями доступа.
