Другое название мультисервисных сетей связи - NGN, что в переводе на английский звучит какNew Generation Networks либо же Next Generation Network. Мультисервисные сети связи - это сети новешего поколения. Ядром являются IP-сети, которые поддерживают частичный или полный перечень столь необходимых услуг передачи речи, мультимедиа и данных. Мультисервисные сети связи работают по принципу конвергенции услуг электросвязи.

Что являлось предпосылками возникновения NGN?

Раньше различная информация передавалась при помощи ведомственных сетей связи, таких, как сеть телеграф, телефон и прочее. Вскоре возникла идея объединить все ведомственные связи в одну, названную следующим образом: ISDN. Однако вскоре она потерпела неудачу. И причин на то было довольно-таки много: дороговизна оборудования ISDN, возникновение новых востребованных услуг, развитие сетей IP. Поэтому появилась новая сеть - NGN, которая строилась на базе протокола IP.

По каким принципам работают мультисервисные сети связи?

Информация, передаваемая через сети нового поколения, делится по своему типу на сигнальную и пользовательскую. Первая предоставляет определенные услуги и обеспечивает бесперебойную коммутацию абонентов. Пользовательская же содержит полезную для абонента информацию (видео, голос, данные и так далее).

В основе NGN лежит технология MPLS, а также интернета. Сегодня выделяют следующие подходы к построению NGN:

1. H.323 - это первый из существующих на данный момент типов. Представлен он в виде наложений данных через сети ISDN.

2. SIP является независимым от транспортных технологий. Пришел на смену H.323, когда в том выявили ряд проблем. SIP предоставляет VoIP-услуги.

3. MGCP производит декомпозицию шлюзов, разбивая их на три блока. Это Signalling Gateway - передает сигнальную информацию, Media Gateway - передает пользовательские данные, Call Agent - содержит интеллект шлюза.

Данные подходы могут применяться как совместно, так и по отдельности.

Программный коммутатор SoftSwitch

Устройство Softswitch управляет сессиями VoIP, обеспечивает связь имеющихся сетей с современными ТфОП. Функция Gatekeeper, выполняемая Softswitch на базе H323, и функция Call Agent делает устройство более современным.

Программный коммутатор MGCF выполняет функцию связи канальной и пакетной коммутации.

Что собой представляет NGN на данный момент?

Все чаще операторы связи переходят на коммутацию пакетов. Новые технологии позволяют беспрепятственно перейти от сетей раннего поколения к современным, обеспечивая непрерывную работу в любой телефонной сети. Таким образом, чтобы кардинально не менять всю структуру сети, нужно воспользоваться данным принципом точечного перехода. Требования к переходам к NGN:

Мультимедийность;

Мультисервисность;

Интеллектуальность;

Мультиоперативность;

Широкополосность;

Масштабируемость;

Инвариантность.

Кто является производителем оборудования?

Производителями NGN являются следующие компании: Cisco Systems, Siemens, Alcatel-Lucent, Huawei, Avaya и др. В России - МФИ Софт.

Также существуют мультисервисные кабельные сети.

Мультисервисная сеть дает возможность многоканального кабельного телевидения, каналов видеонаблюдения, высокоскоростного интернета, передачи данных Ethernet, сбора данных и управления приборами учета для ЖКХ.

Мультисервисные кабельные сети позволяют транслировать каналы в любой части страны, района, города. Поэтому ею пользуются многие операторы кабельной связи.

Новые переходы от старых технологий к современным дают возможность без потери уже имеющихся услуг и оборудования создать что-то более совершенное, инновационное. При этом сохраняются старые функции, что важно для операторов связи.

Мультисервисные сети связи еще не раз нас порадуют чем-то новеньким, потому что им есть куда развиваться. Ну а на сегодняшний день NGN предоставляет все услуги, которые может оказать самая продвинутая телефонная или кабельная сеть.

ВВЕДЕНИЕ

телекоммуникационная сеть радиорелейная телефонная

Мультисервисная сеть (МС) - это сеть связи, построенная в соответствии с концепцией NGN и обеспечивающая предоставление неограниченного набора услуг. В настоящее время появление новых сетевых технологий привело к появлению новых терминалов, обеспечивающих: мультимедиа телекоммуникации, услуги широкополосного доступа, услуги с гарантией времени доставки и т.п. Сети, готовые предоставить любые телекоммуникационные и информационные услуги называют полносервисными или мультисервисными сетями. Мультисервисная сеть связи - это единая телекоммуникационная инфраструктура для переноса, коммутации трафика произвольного типа, порождаемого взаимодействием потребителей и поставщиков услуг связи с контролируемыми и гарантированными параметрами трафика. Данные сети должны гарантировать оговоренное качество соединений и предоставляемых услуг. Данная задача является неотъемлемой частью деятельности оператора.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Мультисервисная сеть связи

Мультисервисная сеть состоит из телефонной сети общего пользования и сети передачи данных. Коммутатор Swihch соединен с помощью одномодовой ВОЛС с АТС, через маршрутизатор Router цифровой радиорелейной линией организуется СПД.

Рис. 1.1 - Структурная схема мультисервисной сети связи

На этой схеме:

IP - межсетевой протокол

Коммутатор Swihch

SDH - синхронная цифровая иерархия

АТС - автоматическая телефонная станция

Одномодовая ВОЛС

ТФОП - телефонная сеть общего пользования

Маршрутизатор Router

ЦРРЛ - цифровая радиорелейная линия

СПД - сеть передачи данных

Описание используемых интерфейсов

1.2.1 Internet Protocol (IP) -- межсетевой протокол

Относится к маршрутизируемым протоколам сетевого уровня семейства TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные подсети во всемирную сеть Интернет. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети.

IP объединяет сегменты сети в единую сеть, обеспечивая доставку данных между любыми узлами сети. Он классифицируется как протокол третьего уровня по сетевой модели OSI. IP не гарантирует надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (приходят две копии одного пакета), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прийти вовсе. Гарантию безошибочной доставки пакетов дают некоторые протоколы более высокого уровня -- транспортного уровня сетевой модели OSI, -- например, TCP, которые используют IP в качестве транспорта.

1.2.2 Синхронная цифровая иерархия (СЦИ: англ. SDH -- Synchronous Digital Hierarchy, SONET) -- это система передачи данных, основанная на синхронизации по времени передающего и принимающего устройства. Стандарты СЦИ определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т.д.

Рис. 1.2

В схеме “кольцо” применяются только мультиплексоры ввода/вывода (ADM -Add/Drop Multiplexer).

К преимуществам SDH следует отнести модульную структуру сигнала, когда скорость уплотненного сигнала получается путем умножения базовой скорости на целое число. При этом структура цикла не меняется и не требуется формирование нового цикла. Это позволяет выделять требуемые каналы из уплотненного сигнала без демультиплексирования всего сигнала.

Особенности технологии SDH:

* предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными;

* предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода;

* опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей;

* позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, MAN, HDTV и т.д.;

* обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN.Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.

Таблица 1.2 - Синхронная цифровая иерархия

Как работает SDH:

Вся информация в системе SDH передается в контейнерах. Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Если система PDH генерирует трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные PDH так и SDH сначала структурируются в контейнеры, а затем к контейнеру добавляется заголовок и указатели, в результате образуется синхронный транспортный модуль STM-1. По сети контейнеры STM-1 передаются в системе SDH разных уровней (STM-n), но во всех случаях раз сформированный STM-1 может только складываться с другим транспортным модулем, т.е. имеет место мультиплексирование транспортных модулей.

Рис. 1.3 - Пример первичной сети, построенной на технологии SDH

Многие годы отрасль связи, если смотреть на нее глазами потребителей, выглядела достаточно консервативно, предоставляя, в основном, базовые услуги - телефонию, передачу данных и Интернет. В то же время на предприятиях - потребителях услуг происходили существенные изменения. И в результате корпоративным заказчикам понадобилась услуга связи другого типа - комплекс, объединяющий и те традиционные услуги, к которым заказчик уже привык, и совершенно новые сервисы - мультимедийные, информационные, прочие. Причем структура этого комплекса и параметры качества отдельных составляющих должны определяться самим потребителем.

Становится все очевиднее, что будущее за конвергентными услугами - передачей по одному каналу речи, данных, видео, ТВ, телеметрии и т. п., и чтобы на этом рынке успешно работать, операторам связи надо менять не только технологии, но и бизнес-практику. Время спокойной "стрижки купонов" с телефонного трафика закончилось. Дезинтеграция классической модели бизнеса операторов связи приводит к уменьшению их прибыли, появлению новых конкурентов, ценовому давлению.

То, что происходит сегодня, можно назвать IP-революцией. Новейшие технологии, использующие этот протокол связи, выходят сегодня на первый план, становятся катализатором создания новой телекоммуникационной "среды обитания". Роль телекоммуникационной и тесно с ней связанной индустрии ИТ начинает меняется, возникает то, что можно назвать коммуникационно-медийной или мультисервисной средой. Для операторов связи это означает, что пришло время переходить от такой привычной политики "владения трубой" (по аналогии с трубой нефтепровода) и получения с нее дохода к предоставлению широкого спектра интеллектуальных услуг, изменению принципов работы с потребителями.

Мультимедийные услуги на базе широкополосного доступа - это одно из наиболее быстрорастущих в истории телекоммуникаций направлений, которое по темпам ростам сегодня превышает даже мобильную телефонию.

Что такое мультисервисная среда?

Мультисервисная телекоммуникационная среда - это модель бизнеса, построенная на основе широкополосных сетей связи следующего поколения (Next Generation Networks, NGN), позволяющая предоставлять очень широкий набор услуг и дающая гибкие возможности по их созданию, управлению и персонализации. Основными отличиями таких сетей являются:

• возможность передачи большому количеству пользователей в реальном времени очень больших объемов информации с необходимой синхронизацией и с использованием сложных конфигураций соединений;
• интеллектуальность (возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика сервиса, обеспечение раздельной тарификации и управление условным доступом);
• инвариантность доступа (возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии);
• комплексность услуги (возможность участия нескольких провайдеров в предоставлении услуги и разделение их ответственности и дохода сообразно с видом деятельности каждого).

Появление подобных сетей и связанных с ними услуг меняет буквально все - телевидение становится цифровым, более того - интеллектуальным, персонализированным и интерактивным, телефонная связь сменяется видеотелефонией, заказывать новые кинофильмы, музыку и книги можно будет, не вставая с дивана. Эти же сети позволяют автоматизировать получение информации с любого количества датчиков и счетчиков, установленных в квартирах и домах, к ним подключаются системы охранной сигнализации и контроля. Появление подобных, очень привлекательных для индивидуальных и корпоративных потребителей услуг создает новый, весьма емкий рынок в нашей стране.

И здесь очень важно для операторов не увлекаться только генерацией дохода от отдельных услуг и защитой таким образом от утечки клиентской базы - основная задача заключается в создании интегрированной развлекательно-коммуникационной среды на базе мультисервисных сетей. Ведущие позиции займут те телекоммуникационные компании, которые первыми поймут, что необходимо не только изменять принцип предоставления широкополосных услуг, но и объединять три бизнеса - телекоммуникационные услуги, создание новых приложений и контента. Правда, при этом необходимо понимать высокий риск, связанный с выходом на новый рынок и необходимостью покупки или создания специализированных компаний.

На этом пути просматриваются две возможные бизнес-модели. Первая более привычна для традиционных операторов связи и заключается в концентрации только на телекоммуникационных сервисах, то есть предоставлении клиентам широкополосных каналов (по которым осуществляется передача речи, данных, видео) в пакете с IP-телефонией и конвергентными услугами для мобильных операторов. Клиентами, в том числе, будут и сервис-провайдеры, предоставляющие описанные выше услуги на базе арендованных у оператора каналов. По мнению многих аналитиков, такой подход может позволить традиционным операторам избежать многочисленных рисков. Основной довод, который приводится в защиту такой позиции, заключается в том, что телекоммуникации сегодня - значительно более крупный бизнес, чем продажа контента, и еще долго будет оставаться таким. С другой стороны, использование этой модели лишит операторов значительной доли дохода.

Большие перспективы имеет совершенно новый интегрированный бизнес и новая бизнес-модель, основанная на предоставлении качественных мультисервисных услуг. Это касается и индивидуального, и корпоративного рынков связи.

Предоставление мультисервисных услуг для широких слоев населения требует создания новой модели продаж и заключения новых партнерских соглашений. В частности, требуется создание партнерской сети с контент-провайдерами и агрегаторское подразделение в собственной структуре. Для покрытия большего рынка и получения максимально возможного дохода этому бизнесу необходимы единый канал для разнообразных услуг и большое число сегментированных пакетов услуг.

Новая мультисервисная среда вводит в оборот ряд услуг - одни из них привлекательны для широкого круга пользователей и позволяют достаточно быстро их внедрить, другие на сегодняшний день являются только перспективными, но позволяют обеспечить взрывной рост дохода в ближайшем будущем.

В список первых, например, входят такие услуги, как:

• обычное цифровое и интерактивное телевидение;
• видео (музыка, книги) по запросу, персональная видеозапись телепередач;
• IP-телефония, видеотелефония;
• Интернет;
• местные информационные услуги и ряд других.

В список перспективных:

• видеокоммерция;
• интерактивная реклама;
• интерактивные банковские, страховые и туристические услуги;
• предоставление эксклюзивного медиаконтента.

Перечислять можно достаточно долго, но стоит еще упомянуть такие направления, как персональное телевидение, игры, создание интерактивных сообществ, которые позволяют, в первую очередь, создавать новое, готовое для потребления таких услуг общество.

Отметим, что поскольку даже в новых условиях речевая связь еще долго будет основным генератором дохода, очень перспективным будет продвижение интегрированных услуг на ее основе, например:

• прием звонков на телевизионный приемник с задержкой (временной записью) программ;
• видеотелефония и видеоконференц-связь через ТВ;
• видеочаты и т. п.

Основная проблема, которую уже почувствовали российские игроки, заключается в том, что создание мультимедийного контента в России сегодня значительно отстает от внедрения технической инфраструктуры мультисервисных сетей. Дефицит контента скоро станет важнее всего - это решающий фактор для привлечения потребителей информационных услуг.

Специализированного и, главное, привлекательного для клиентов контента практически нет. И без непосредственного вмешательства операторов связи, располагающих значительными инвестиционными средствами, в процесс создания рынка контента может образоваться ситуация "провала", потери темпа и серьезных убытков на начальном этапе создания российской мультисервисной среды. По оценкам компании "Система Мультимедиа", контентная часть проекта может окупиться только при 300 000 подключившихся абонентов, и позволить себе включиться в эту игру могут только сильные игроки.

Чтобы понять, насколько это "горячий" рынок, посмотрим, как развивается это направление в мире и России.

Потребление мультисервисных услуг в мире

Западные операторы связи гораздо ближе подошли к решению перечисленных проблем. Гораздо лучше дела обстоят и с контентом, и с самой технической инфраструктурой мультисервисных сетей. Статистика динамики широкополосных подключений позволяет достаточно адекватно оценить состояние и перспективы рынка мультисервисного контента. Ситуация с такими каналами в развитых странах значительно лучше, чем в России.

В 2004 году, по данным Point Topic, количество широкополосных подключений в мире выросло приблизительно на 45% до 131 млн. (по данным IMS research, до 150 млн.), в то время как доходы только от предоставления доступа выросли на 22%. При этом доходы от дополнительных услуг выросли в течение 2004 года от 3,3 млрд. долл. в январе до 6,9 млрд. долл. в декабре. Правда, пока основной рост доходов обеспечивают системы безопасности, IP-телефония и домашние сети.

За этот же год количество подписчиков на широкополосное видео увеличилось в 10 раз.

Такие темпы роста, по оценкам аналитиков, будут сохраняться на протяжении еще нескольких лет, и еще до конца 2009 года в мире будет примерно 400 млн. клиентов широкополосного доступа.

Наиболее популярным видом соединения остается ADSL, число пользователей которого превысило в начале этого года 100 млн. человек, но сегодня не менее серьезный рост показывают WiMAX и спутниковый Интернет.

Ситуация меняется очень быстро. По данным Gartner, в 2002 году доход от передачи данных (сюда входят и новые услуги) по сетям операторов фиксированной связи в мире составлял примерно 18% от всего рынка телекоммуникаций, в 2007 году эта доля увеличится до 25% и составит не менее 350 млрд. евро. При этом доля речевого трафика по этим же сетям уменьшится с 45% до 31%. Все это происходит на фоне бурного роста мобильного трафика, который учтен в этом распределении.

Ситуация в России

По данным Pyramid Research, сегодня на российский корпоративный рынок приходится порядка 150 тыс. широкополосных подключений, а на индивидуальный - около 100 тыс. линий, большая часть которых построена на технологиях DSL и Ethernet. Количество российских пользователей широкополосного доступа превысило 5 млн., что составляет примерно половину всех пользователей Интернета и обеспечивает около 70% трафика.

В наиболее развитых регионах - Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Екатеринбурге, Челябинске, Томске и некоторых других - доля широкополосных подключений частных пользователей составляет 20 и более процентов от всего числа линий. В то же время, в других экономически развитых регионах доля широкополосных подключений в разы меньше, и это определяется не экономическими факторами, а политикой местных операторов связи и вялой коммерческой активностью местных сервис-провайдеров.

По данным этой же компании, к 2009 году количество корпоративных подключений вырастет до 700 тыс., при этом ежегодный рост числа подключений составит 50–65%. К этому же году к широкополосным каналам будут подключены примерно 500 тыс. квартир, что немногим превысит 1% от их общего числа. Более быстрый рост этого рынка сдерживает неразвитость инфраструктуры, ведь только в очереди на обычную телефонную связь сегодня числится около 4 миллионов людей. Ситуацию переломить может именно широкое внедрение мультисервисных сетей и перенос акцентов инвесторов, как российских, так и зарубежных, на построение инфраструктуры "последней мили". В этом случае, по данным аналитических агентств Ovum и IDC, количество подключений к 2009 году может превысить 8 млн., при этом большая часть новых подключений также придется на DSL, с все более возрастающей долей других технологий, в частности, Gigabit Ethernet. Причем максимальный рост числа подключений и дохода ожидается именно на рынке частных пользователей - не менее 100% в течение двух ближайших лет. В Москве к 2008 году предполагается подключение к широкополосным каналам около 1 млн. квартир, притом доход этого сектора рынка достигнет примерно 250 млн. долларов к 2010 году.

Основные проблемы, которые ограничивают сегодня распространение широкополосного доступа, а значит, и внедрение мультисервисных сетей, заключаются в следующем:

• требуются значительные инвестиции в отрасль;
• отсутствует мощная многогигабитная магистральная инфраструктура, слабо развиты абонентские сети;
• необходимо полное изменение бизнес-модели для операторов;
• значительная территория и неравномерность расселения людей требуют внимательного подбора технологий (и их комбинации) в зависимости от географии и населенности: xDSL, передача данных по силовым электросетям, WLL, W-CDMA и т. д.;
• пиратство, обеспечение прав владения через IP, борьба с мошенничеством требуют внедрения бизнес-модели, основанной на продаже контента со сложными системами управления, контроля доступа и тарификации;
• относительно низкая прибыль на отдельную услугу, значительное количество телевизионных приемников и незначительное количество компьютеров у частных пользователей в большинстве регионов требуют полного изменения сервисов, что сейчас является очень серьезной проблемой ввиду отсутствия необходимого контента.

Участники игры

В настоящее время практически все операторы фиксированной связи, входящие в холдинг "Связьинвест", разработали проекты внедрения мультисервисных сетей масштаба региона, некоторые из них уже начали внедрение. Правда, в подавляющем большинстве случаев под мультисервисной сетью понимается сеть передачи данных, обеспечивающая предоставление ограниченного пула дополнительных услуг, в первую очередь таких, как широкополосный доступ в Интернет, организация виртуальных корпоративных IP-сетей (IP VPN) и IP-телефония, кое-где сюда включается и трансляция стандартного набора телевизионных каналов.

К продвижению новых медийных услуг для населения и корпоративного рынка операторы только приступают, и доля доходов от этого вида услуг сегодня не превышает нескольких процентов.

Отметим, что планируемое объединение мультисервисных сетей межрегиональных компаний "Связьинвеста" в единую информационную транспортную систему позволяет холдингу получить значительное конкурентное преимущество, в первую очередь за счет масштаба, в частности, за счет возможности экономии на контенте, которым компании "Связьинвеста" смогут обмениваться.

Не менее активно создают подобные сети и альтернативные операторы, такие, как "Система Телеком", "Российская телевизионная и радиовещательная сеть" (РТРС), "Комкор", "Нижегородские информационные сети" и др., предоставляющие свои услуги в крупных городах и значительно реже - на областном уровне. Наиболее заметные проекты - это проекты "Стрим" и "Стрим ТВ" "Системы Мультимедиа" и похожий проект интерактивной многофункциональной сети РТРС, которая совместно с "Энвижн Груп" запустила пилотный проект в Хабаровском крае и начала опыты в Москве с телевидением высокой четкости. При этом альтернативные операторы в регионах стараются получить доступ к "последней миле", появляется тенденция привлечения иностранного капитала и иностранных компаний в отрасль.

Учитывая протяженность нашей страны, значительную неравномерность расселения людей, следует ожидать, что в процесс формирования нового мультисервисного рынка вмешаются операторы спутниковой связи, которые уже сейчас начинают работать в этом направлении.

Существенной силой, с которой через некоторое время придется считаться на этом рынке, являются операторы мобильной связи, которые по мере внедрения технологий нового поколения (3G) могут вмешаться и изменить расклад сил.

Как уже упоминалось выше, рынок контента для мультисервисной среды сегодня никем не занят, более того - он драматически пуст, хотя определенное движение заметно и здесь. В этом рынке заинтересованы телевизионные каналы и студии, продюсерские агентства и поставщики контента для мобильных операторов, провайдеры интернет-контента и киностудии. Очень вероятен выход на этот рынок и иностранных участников, возможно, в той или иной степени аффилированности с российскими игроками.

Для российских системных интеграторов и западных производителей оборудования все это открывает широчайшее поле деятельности, за которое уже сегодня ведется нешуточная борьба.

Преимущества для корпоративного рынка

Построение единой унифицированной широкополосной мультимедийно-мультисервисной корпоративной сети, обеспечивающей необходимый уровень обслуживания, позволяет значительно изменить возможности информационного обмена внутри предприятий.

Вот только несколько новых возможностей, которые легко реализуются на базе мультисервисной сети поверх стандартных сервисов:

• подключение систем безопасности, видеонаблюдения и сигнализации к сети с выводом в диспетчерские пункты;
• предоставление возможности передачи видео с индивидуальных приемников видеосигнала между пользователями;
• быстрая передача больших объемов графических, видео-, аудио- и текстовых файлов, потокового видео, аудиоконтента;
• телеобучение;
• создание в рамках сети выделенных виртуальных сетей с расширением их возможностей за счет подключения мультимедийных и телевизионных ресурсов, а также средств видеоконференц-связи;
• диспетчеризация инженерной и иной инфраструктуры предприятий, включая подключение систем пожарной безопасности, счетчиков энергии, воды и тепла, систем контроля и идентификации.

Введение

На сегодняшний день телекоммуникационным операторам приходится удовлетворять потребности клиентов в передаче разнообразного трафика и предоставлении клиентам большого спектра услуг. Среди них наиболее востребованными являются:

• передача традиционного трафика телефонии;
• организация доступа в Интернет и передача трафика Интернет по магистральным каналам;
• передача трафика корпоративных сетей, объединение локальных сетей;
• организация видеоконференций и передача трафика IP-телефонии.

Между тем, каналы передачи данных, подходящие для предоставления одной услуги, не всегда подходят для предоставления другой. Увеличение объемов предоставляемых услуг заставляет операторов и провайдеров параллельно развивать несколько различных сетей. Это требует больших затрат и часто сопряжено со значительными техническими трудностями.

В то же время существенно возросла конкуренция между операторами и интернет-провайдерами, предоставляющими эти услуги. Неудивительно, что в последнее время все большую популярность приобретают мультисервисные сети.

Мультисервисная сеть - это инфраструктура, использующая единый канал для передачи данных разных типов трафика. Она позволяет уменьшить разнообразие типов оборудования, применять единые стандарты и единую кабельную систему, централизованно управлять коммуникационной средой для предоставления наиболее полного спектра услуг.

Проектирование мультисервисной сети начинается с определения видов предоставляемых услуг. В первую очередь необходимо решить, какие услуги будет предоставлять оператор, оценить соотношение различных видов трафика на текущий момент и спрогнозировать ситуацию на ближайшую перспективу.

После этого можно приступать к выбору технологий, на которых будет строиться сеть.

Выбор магистральной технологии

Современная транспортная магистраль должна отвечать следующим требованиям:

• масштабируемость, обеспечение развития сети с учетом возможного значительного роста;
• высокая скорость передачи данных;
• управляемость;
• надежность и возможность резервирования;
• безопасность информации;
• обеспечение требуемой полосы пропускания;
• обеспечение требуемого качества обслуживания клиентов.

Важной характеристикой магистрали является ее протяженность. Очевидно, что оптический кабель является наиболее предпочтительной средой передачи для таких сетей. Впрочем, в некоторых случаях, возможно, более эффективно будет использование радиорелейных и инфракрасных линий.

При выборе технологии и вариантов построения сети особое внимание необходимо уделить экономической эффективности. Ее можно оценить, исходя из стоимости решения на единицу передаваемой информации.

Базовыми магистральными технологиями на сегодняшний день являются следующие технологии:

• POS (Packet Over SONET)
• DPT (Dynamic Pocket Transport - реализованная Cisco Systems технология RPR)
• Fast/Gigabit Ethernet

Выбор технологии доступа

В сеть доступа инвестируется от 50% до 80% средств, поэтому правильный выбор технологий и вариантов построения сети чрезвычайно важен. Ниже перечислены факторы, влияющие на выбор той или иной технологии абонентского доступа:

• Стоимость подключения в расчете на одного абонента.
• Простота подключения - фактор, определяющий доступность подключения для абонентов, быстроту подключения абонентов.
• Достаточная для абонента полоса пропускания или скорость передачи данных.
• Обеспечение требуемого качества обслуживания клиентов.
• Существующая кабельная инфраструктура - коаксиальный кабель, витая пара, телефонная проводка, оптическое волокно и т. д.

Если сеть доступа разворачивается на участках, где невозможно использовать существующую кабельную инфраструктуру, нужно серьезно задуматься о выборе технологии "последней мили". Прокладывать новый медный кабель или же сразу ориентироваться на оптоволокно? Позволяет ли рельеф местности или погодные условия организовать надежный беспроводной доступ? Как и куда придется прокладывать новый кабель? В зависимости от ответов на эти и многие другие вопросы выбирается одна из следующих технологий доступа:

• xDSL (HDSL, ADSL, VDSL и др.)
• PON (пассивные оптические сети)
• HFC (гибридные волоконно-коаксиальные сети, кабельные модемы)
• LMDS/MMDS (радиодоступ)
• ИК-связь (беспроводная оптическая связь)
• Ethernet/Fast Ethernet

Типовое решение по построению мультисервисной сети

Выбор технологий для магистрали и сети доступа зависит от конкретных условий и определяется целым рядом факторов - таких, как преобладающий тип трафика, существующая кабельная инфраструктура и возможность её развития, уже эксплуатируемое оборудование и другие.

Однако в последнее время для магистрали все чаще используется Gigabit Ethernet, а для сети доступа - xDSL. Такую ситуацию, наиболее типичную на сегодняшний день, мы и рассмотрим далее.

Популярность этих технологий объясняется их следующими достоинствами:

• Относительно низкая стоимость оборудования.
• Высокая пропускная способность: 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet) в транспортной магистрали и 8 Мбит/с (ADSL), 50 Мбит/с (VDSL) в сети доступа.
• Возможность использования существующей кабельной инфраструктуры в сети доступа.
• Высокая степень интеграции с существующими клиентскими сетями.

Подобное решение позволяет предоставлять наиболее востребованные на рынке услуги:

• Доступ в Интернет для частных лиц и организаций по выделенным линиям.
• Организация IP VPN для объединения малых и средних офисов и филиалов.
• Организация IP-телефонии для частных лиц и организаций.
• Передача видеоинформации.

Cхема построения мультисервисной сети представлена на рис 1 (щелкните по схеме, чтобы увидеть ее увеличенное изображение).

Рис 1. Схема организации распределённой мультисервисной сети

Магистральная часть данного решения реализована на управляемых коммутаторах с оптическими гигабитными интерфейсами, что обеспечивает высокую пропускную способность.

Доступ по выделенной линии организуется на базе DSL концентраторов ZyXEL IES- / . Концентраторы этой линейки имеют встроенный управляемый коммутатор L2 с поддержкой технологий приоритетов, очередей и виртуальных сетей IEEE 802.1q/p, прозрачных для любых сетевых протоколов LAN Ethernet.

В качестве абонентских устройств применяются DSL модемы ZyXEL Prestige. Они могут работать как мосты или маршрутизаторы с поддержкой SUA (определенный вариант NAT), поддерживают до 8 PVC с регулировкой полосы пропускания и политиками маршрутизации. На LAN интерфейсе поддерживается до 3-х IP сетей (Aliases). Поддержка SUA и настраиваемых пакетных фильтров уровней 2 и 3 позволяет использовать данные устройства в качестве Firewall для небольших сетей.

Клиентский трафик собирается с помощью магистральных управляемых коммутаторов уровня 2-4, например, Cisco Catalyst 2950. При этом c трафиком от различных клиентов могут быть проведены следующие манипуляции:

• Трафик может быть разделен с помощью технологии VLAN IEEE 802.1q поддерживаемой оборудованием Catalyst 2950, DSLAM IES-2000, Prestige 782R и Prestige 842.
• Трафик, помеченный метками QoS, может быть классифицирован на 2, 3 и 4 уровнях, после чего к нему может быть применена определенная политика QoS.
• Скорость каждого порта Ethernet может регулироваться с шагом 1 Мбайт/с.

Агрегированный трафик проходит через центральный маршрутизатор. Для клиентов его интерфейсы являются шлюзами в Интернет. Трафик каждого клиента, прошедший через шлюз, учитывается, и данные о нем поступают в биллинговую систему.

В качестве центрального маршрутизатора целесообразно использовать модульные маршрутизаторы повышенной производительности - такие, как Cisco 7204 VXR или 7206VXR - с поддержкой широкого спектра сред передачи данных, горячей замены интерфейсных модулей и дополнительного источника питания. Выбор конкретной модели зависит от ширины канала, предоставляемого провайдером верхнего уровня, и среднего объема потребляемого клиентами трафика.

Сбор информации для тарификации может осуществляться несколькими способами:

• Сбор статистики трафика через VLAN Sub-интерфейсы маршрутизатора. В этом случае трафик от различных абонентов маркируется метками 802.1q и идентифицируется на маршрутизаторе.
• C помощью программного обеспечения, совместимого с Radius (как в случае dial-up подключения). При этом модем Prestige 645 соединяется с маршрутизатором по протоколу PPPoE.
• C помощью протокола SNMP. В этом случае биллинговая система может собирать информацию от объектов, содержащих статистику по переданным кадрам и пакетам

Заключение

Мы рассмотрели одно из наиболее типичных решений по построению мультисервисной сети. На нашем сайте можно найти описания проектов других мультисервисных сетей, реализованных компанией "РОТЕК"-Новосибирск. Это мультисервисная сеть доступа компании "Югра-Телеком" (г. Ханты-Мансийск), построенная по схожему принципу, и областная сеть передачи данных РФ "Электросвязь" Кемеровской области, ориентированная на иные задачи и построенная по технологии TDM.

Эксплуатация мультисервисных сетей. Сбылись ли предсказания?

Десятилетие назад ожидалось, что для службы эксплуатации мультисервисные сети станут своего рода пороховым погребом, вызвав серьезные трудности. Однако в Банке России модернизированная до уровня мультисервисной магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети успешно эксплуатируется.

Статус кво

Магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети (МК ЕТКБС) представляет собой магистральную сеть, обеспечивающую передачу трафика различных систем и сетей между пользователями территориальных учреждений и центрального аппарата, а также других подразделений Банка России. Узлы МК ЕТКБС расположены во всех 78 регионах России от Калининграда до Анадыря. Сеть построена по схеме «звезда» с центральным узлом (ЦУ ЕТКБС) в Москве и рокадными связями между некоторыми узлами региональных сегментов (ЦУ РС ЕТКБС) (рис. 1). (В Московском регионе пользователи Банка России доступ к МК ЕТКБС получают через мультисервисную телекоммуникационную банковскую сеть, подробнее о которой см. «ИКС» № 8-9’2013, с. 62. - Прим. ред.)

МК ЕТКБС была введена в эксплуатацию в 2000 г. и до сих пор успешно функционирует. Технологически она представляет собой классическую сеть с разделением голосового трафика (протокол ISDN) и трафика данных (связка протоколов IP/Frame Relay). При всех достоинствах такой архитектуры - статистическом мультиплексировании, гарантирующем эффективное использование пропускной способности канала, простоте и отработанности технологии с малой протокольной избыточностью и т.д. - со временем стали все более выпукло проявляться ее недостатки:

1. Наличие единой точки отказа - магистральное оборудование в территориальных учреждениях Банка России размещалось только на одной площадке. Этот недостаток был не так заметен при распределенной обработке информации, но сделался очевидным при централизации банковских процессов. На момент создания первой версии МК ЕТКБС требования к доступности сервисов были более мягкими.

2. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности магистральных каналов связи между голосовым трафиком и трафиком передачи данных, так как полосы пропускания закрепляются за протоколами Frame Relay и ISDN при настройке каждого тракта.

3. Ограниченность функций управления потоками данных. Для каждого виртуального соединения в сети FR устанавливается параметр CIR - гарантированная информационная скорость, которую сеть «обязуется» поддерживать по этому соединению. Если кадры поступают со скоростью, превышающей CIR, то при наличии свободных ресурсов они передаются с установленным битом DE (discard eligibility), разрешающим сети их сброс в случае перегрузки. При этом в случае нехватки свободных ресурсов неизбежно происходит потеря кадров, после чего требуется их повторная передача, которая из-за отсутствия в протоколе IP механизмов гарантированной доставки возлагается на протокол транспортного уровня TCP. Все, что может сеть FR сделать в данной ситуации, - это отправить в направлении приема и передачи биты уведомления о перегрузке FECN/BECN, заставляющие оконечное оборудование Frame Relay снизить скорость отправки информации.

4. Ограниченность функций обеспечения качества обслуживания (QoS). Так, являясь протоколом канального (второго в модели OSI) уровня, Frame Relay не имеет средств обмена служебной информацией с протоколами вышележащих уровней. Поэтому в сети FR отсутствует возможность классификации трафика по типам - real time, business critical, best effort и т.д. Единственный способ разделить эти потоки данных - использовать для каждого из них свое виртуальное соединение и назначить соответствующие параметры и приоритеты. Но внутри каждого такого виртуального канала все приложения все равно будут обслуживаться одинаково, по принципу «первый пришел, первый ушел».

Требуется модернизация

Можно констатировать: транспортная сеть МК ЕТКБС, построенная на технологии FR/ISDN, долгое время справлялась со своими задачами передачи информации, обеспечивая достаточную эффективность сетей связи Банка России. Но к 2010 г., в связи с переходом Банка России на централизованную обработку информации и внедрением системы платежей в реальном времени требования к пропускной способности ЕТКБС, качеству услуг связи и их доступности серьезно выросли. Это поставило вопрос о замене технологии FR на более современную и эффективную, а также об изменении архитектуры МК ЕТКБС.

На первый взгляд, заменить FR/ISDN призвана технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode), сформировавшаяся как расширение протокола ISDN - Broadband ISDN, B-ISDN. Протокол Frame Relay также был создан на основе ISDN, только за счет уменьшения функциональности. В АТМ мультисервисность заложили изначально, были предусмотрены гибкие средства управления потоками данных и обеспечения качества обслуживания, мощная 20-байтная адресация. Казалось бы, для триумфа АТМ было сделано все, и этот триумф состоялся бы... но побеждать надо было не «старичка» FR. На арену вышел протокол IP, который завоевал весь мир в качестве универсальной телекоммуникационной технологии. Сети АТМ столкнулись с необходимостью передачи IP-трафика, но особенности протокола IP коренным образом расходятся с идеологией АТМ. Главное - АТМ ориентирована на установление соединений, протокол IP работает без установления соединения. Вторая проблема - маршрутизация IP-пакетов по сетям АТМ. Созданный для интеграции с IP-сетями ATM adaptation level 5 (AAL5) слишком нерационально использовал полосу пропускания вследствие больших накладных расходов. А механизм взаимного преобразования адресов оказался слишком сложным. В результате технология АТМ постепенно утратила свои позиции, несмотря на гораздо более широкую функциональность по сравнению с протоколами FR и ISDN.

В московском сегменте ЕТКБС подсеть АТМ относительно успешно функционировала в течение 11 лет. Использовалась она исключительно в качестве базового транспорта для передачи данных, как посредством выделенных VP-туннелей, так и по протоколу LANE (LAN Emulation), весьма сложному в части настройки и диагностики отказов. Но вследствие описанных выше сложностей сеть АТМ не получила дальнейшего развития и в 2011 г. была окончательно выведена из эксплуатации.

А что же взамен? Наиболее достойный кандидат - и практически единственный! - технология мультипротокольной коммутации по меткам (Multi Protocol Label Switching, MPLS). Выбор ее в качестве базовой при построении перспективной МК ЕТКБС основывался на проведенных в 2003-2008 гг. в Банке России экспериментальных работах.

В 2007 г. в Москве, Вологде, Орле и Перми был создан опытный участок, который в дальнейшем стал ядром новой магистральной сети. На этом участке с использованием как имитаторов полезной нагрузки, так и реального информационного трафика Банка России были проведены нагрузочные испытания, в целом показавшие эффективность технологии MPLS, полную ее совместимость с оборудованием других подсистем МК ЕТКБС и соответствие всем требованиям, которые бизнес-процессы Банка России предъявляют к магистральной сети связи.

Новая магистральная компонента

В 2009-2011 гг. в Москве и 78 территориальных учреждениях Банка России на основе технологии MPLS была создана новая магистральная компонента ЕТКБС, лишенная недостатков сетей FR/ISDN. За счет организации в регионах резервных площадок была также повышена отказоустойчивость (рис. 2).

Благодаря применению универсального транспорта IP/MPLS в новой сети была достигнута полная интеграция сервисов и реализовано динамическое перераспределение пропускной способности магистральных каналов связи.

Использование технологий IP/MPLS позволяет комбинировать разные модели обеспечения сквозного качества обслуживания - IntServ (Integrated Services Model) и DiffServ (Differentiated Services Model). Модель IntServ поддерживает QoS на основе резервирования полосы пропускания и управления потоками данных. При этом протокол MPLS предоставляет больше, чем FR, возможностей инжиниринга трафика. Модель DiffServ обеспечивает QoS на основе классификации и маркировки трафика на границах сети.

Изначально в концепции развития МК ЕТКБС было предусмотрено три класса трафика:

приложения реального времени (аналог класса real time);

критические приложения (аналог класса business critical);

стандартные приложения (аналог класса best effort).

К первому классу были отнесены сервисы сети ведомственной телефонной связи и видеоконференц-связи, ко второму - приложения платежной сети, к третьему - приложения информационной сети (электронная почта, интранет-порталы, электронный документооборот и др.). Однако банковская деятельность при всей своей регламентированности весьма разнообразна, и трафик используемых в Банке России приложений в прокрустово ложе трех классов уложить сложно. Именно сочетание технологий IP и MPLS придало ИТ-инфраструктуре Банка России необходимую гибкость, обеспечило требуемое качество и высокую доступность сервисов.

Но подобная гибкость имеет свою цену, любые преимущества сопровождаются вытекающими из них недостатками. Так, дополнительная протокольная избыточность привела к тому, что в старой магистральной сети один телефонный вызов занимает полосу 8 кбит/с, в новой - около 30 кбит/с. Но это неизбежная и осознанная плата за мультисервисность.

Взорвалось или нет?

Внимательный читатель непременно спросит - хорошо, новые сети построены на основе «самого свежего пороха» технологий мультисервисных сетей, а дальше?

Следует признать, что корпоративная сеть Банка России - ЕТКБС - за восемь лет претерпела радикальные изменения. Но принимая во внимание, что основной бизнес-процесс Банка России - это поддержание бесперебойного функционирования платежной системы страны, «взрыва» допустить было никак нельзя. Мировой опыт создания подобных систем и собственный опыт эксплуатации были учтены, изменения проводились постепенно, без прерывания критически важных сервисов и без ослабления эксплуатационного контроля. Платежный трафик в настоящее время по-прежнему передает старая магистральная сеть, на новую переведены пока только голос, видеоконференцсвязь и информационный трафик. Миграцию всех сервисов на новую сеть планируется завершить в 2015 г. Несомненно, это заставляет Банк России нести дополнительные расходы по поддержке двух магистральных сетей, но если посчитать, во сколько может обойтись лишь один час простоя системы платежей в масштабах всей страны, то торопливость и надежда на «авось» явно неуместны. Тем более что в перспективе переход на новые технологии позволит существенно снизить издержки.

Итак, «взрывных» проблем не возникло. Но глубокое влияние мультисервисности на систему эксплуатации, безусловно, отрицать нельзя. Корень всех проблем любой мультисервисной сети - это многопараметричность, превосходящая все известные технологии.

Действительно, реализация принципа мультисервисности влечет за собой усложнение телекоммуникационных технологий, количество независимых параметров описания систем связи неизбежно растет.

Под «зонтиком»

Первое важное следствие многопараметричности мультисервисных сетей - значительное усложнение мониторинга и управления.

Наличие систем управления во всех подсистемах было одним из основных требований при создании новой магистральной сети Банка России, и оно было реализовано в полной мере. И системы управления, и оборудование обладают развитыми встроенными средствами диагностики, в необходимости которых служба эксплуатации убеждалась не раз. Но переход на новые технологии и усложнение структуры магистральной сети показали, что прежний, ресурсный подход к эксплуатации в целом и диагностике сложных проблем в частности себя уже не оправдывает. Неоднократно приходилось сталкиваться с ситуациями, когда на каждом уровне в отдельности системы управления показывают отсутствие проблем, а пользователи все равно жалуются на качество сервисов.

Общие недостатки штатных систем управления (СУ), поставляемых вместе с оборудованием, - наличие только пассивных средств мониторинга и слабые возможности взаимной интеграции. Каждая СУ видит только свой «огород» и практически ничего не знает о смежных системах. Анализировать корреляцию событий в отдельных подсистемах приходится вручную силами ведущих специалистов, что приводит к дополнительным потерям времени.

Один из возможных путей выхода из сложившейся ситуации - создание «зонтичной» системы-гипервизора, обеспечивающей объединение информации от всех систем управления в единое поле событий с развитыми средствами интеллектуального анализа. Создание именно такой системы управления и было инициировано службой эксплуатации ЕТКБС. Эта система разрабатывается как классическая «зонтичная» OSS (Operational Support System), основное назначение которой - поддержка службы эксплуатации и сквозной контроль функционирования сервисов.

SLA - для своих

Второе важное следствие многопараметричности мультисервисной сети - сложность контроля качества сервисов. В этой ситуации понятиями системы эксплуатации являются QoS и SLA (Service Level Agreement).

При подключении к магистральной сети пользователи сервисов в большинстве случаев затрудняются сформулировать конкретные требования, но, как правило, стремятся получить ресурс с большим запасом. В результате, если просуммировать все такие запросы, то пропускная способность МК ЕТКБС должна быть в четыре раза выше имеющейся. А при возникновении претензий к качеству сервисов описание проблемы обычно звучит весьма расплывчато - «приложение плохо работает», «выросла очередь на отправку сообщений». Причем ответственность за снижение качества работы приложения пользователь пытается возложить в первую очередь на магистральную сеть, несмотря на наличие нескольких промежуточных систем.

Так что заключение соглашений о качестве сервиса между подразделениями одной организации, особенно такой крупной и территориально распределенной, как Банк России, в последнее время становится все важнее. Поэтому модернизация системы эксплуатации корпоративной сети Банка России включает и внедрение концепции SLA. Только после создания соответствующих соглашений на всех уровнях вопрос качества сервисов из области абстрактных рассуждений переходит в сугубо практическую плоскость. Тем более что новая магистральная сеть обладает всеми средствами для обеспечения сквозного QoS.

Но внедрить SLA мало, нужно еще контролировать выполнение соглашений. Причем средствам контроля должны доверять обе стороны - и пользователь, и провайдер. Одним из перспективных направлений деятельности службы эксплуатации МК ЕТКБС является разработка системы контроля качества сервисов. Помимо мониторинга соблюдения SLA одно из требований к данной системе - это возможность активного тестирования качества сервисов с помощью как встроенных средств оборудования, так и специальных пробников, образующих распределенную контрольно-измерительную сеть. Кроме того, система контроля качества сервисов должна быть интегрирована в СУ ЕТКБС.

Повышение эффективной пропускной способности

Еще одно перспективное направление исследований - оптимизация трафика банковских приложений. Технологии оптимизации передачи данных по территориально распределенным сетям (WAN) ускоряют работу приложений, используя интегрированный подход к повышению производительности при работе через глобальные сети. Решения по оптимизации трафика особенно интересны в случае перехода на централизованную обработку данных, так как повышают быстродействие приложений при работе с ЦОДом, сокращают нагрузку на магистральные каналы связи и время передачи файлов в глобальных сетях. Для этого используется комплекс технологий:

оптимизация (дедупликация) передаваемых данных - сведение к минимуму объема повторно передаваемых данных за счет устранения повторяющихся комбинаций байтов и компрессии;

оптимизация транспортировки данных за счет уменьшения количества ТСР-пакетов для того же объема данных, благодаря чему повышается эффективность работы в глобальных сетях;

оптимизация приложений - сокращение времени ожидания и загрузки каналов связи за счет минимизации служебного трафика, генерируемого приложениями, включая опережающее считывание, локальную обработку обращений и кэширование данных.

В 2012 г. на опытном участке МК ЕТКБС Москва - Пермь была проведена проверка эффективности решений оптимизации трафика WAN применительно к задачам Банка России. Результат проверки оказался весьма оптимистичным - объем трафика, переданного устройством оптимизации в магистральную сеть за время эксперимента, оказался на 73% меньше объема, полученного для передачи, что позволяет говорить об увеличении эффективной пропускной способности канала связи в 3,7 раза. На 2013 г. запланированы сравнительные испытания, целью которых будет окончательный выбор технического решения.

Обладая значительными преимуществами, мультисервисные сети существенно сложнее традиционных сетей, их эксплуатация для любой организации - серьезный вызов. Модернизировав свою корпоративную сеть до уровня мультисервисной, Банк России создал внушительный технологический задел на достаточно длительную перспективу. Накопленный опыт помогает службе эксплуатации ЕТКБС успешно справляться со всеми сложностями мультисервисности, но тем не менее она не перестает разрабатывать и внедрять новые методы обеспечения высокой доступности и качества сервисов.