Современные тенденции развития телекоммуникационных сетей

 

За последнее время состояние телекоммуникационных сетей сильно изменилось в лучшую сторону. В данный момент сложно предсказать, как они будут выглядеть в будущем. Но даже сейчас можно наблюдать перспективные разработки: мощные сети передач и коммутации пакетов, высокоскоростные линии доступа, оптические телекоммуникационные технологии и т.д., которые и определяют следующие поколения телекоммуникационных сетей. Выделяются три этапа развития телефонных сетей общего пользования, которые принято считать основными. Схемы распределения функций узла коммутации в различных сетевых конструкциях, рассматриваемых ниже, представлены на рис.1

 

Рис.1

 

К сети первого поколения принято относить традиционные телефонные сети, или POTS (Plain Old Telephone Service). Они объединяют в себе технологические и структурно-сетевые решения и используются для построения сетей до появления концепции цифровых сетей с интеграцией служб (Integrated Service Digital Network - ISDN). Все сети, которые используют аналоговые системы передачи и узлы коммутации декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные или являются ранней версией цифровых систем коммутации относят к POTS.стали развиваться в1980-х годах, после того как появились цифровые системы передачи. Но несмотря на создание интегральной сети, которая позволяла предоставляла различные виды услуг связи, основным приложением по - прежнему осталась услуга телефонии. Сети ISDN использовали цифровые системы передачи и цифровые узлы коммутации. Для того чтобы организовать взаимодействия аппаратуры узлов коммутации между собой и с подключаемым терминальным оборудованием были установлены более мощные системы сигнализации. Они позволили передавать сигнальную информацию, связанную с установлением базового вызова, а также сведения, относящиеся к состоянию элементов сети связи, маршрутизации вызовов, согласованию параметров передачи и т.д. Так как до появления ISDN уже были созданы сетевые структуры в рамках POTS, то новое оборудование должно было взаимодействовать с существующими сетевыми фрагментами без снижения качества их работы и сокращения функциональных возможностей по предоставлению услуг доступа. Поэтому существующая сетевая структура для предоставления услуг телефонии до сих пор имеет в своем составе сетевые фрагменты как на основе решений POTS, так и на основе ISDN.

Появление Интернета привело к увеличению разветвленности и повышению емкости сети. Возникла потребность в изобретении сетевой структуры, такой же масштабной как телефонная сеть общего пользования (ТфОП). Но использование двух сетевых структур было экономически не выгодно. Поэтому необходимо было разработать технологию, которая обеспечит передачу различных видов информации и предоставление различных видов услуг связи в единой сетевой структуре. Этот метод передачи информации основан на коммутации пакетов. Так появились сети третьего поколения - сети NGN (Next Generation Network).- это гетерогенная мультисервисная сеть, основанная на пакетной коммутации, и обеспечивающая предоставление практически неограниченного спектра телекоммуникационных услуг. При этом NGN в качестве технических средств использует аппаратно - программные средства, ориентированные на стек протоколов TCP/ IP. Традиционные сети не могут поддерживать обмен трафиком в формате IP, поэтому необходима реконструкция всей архитектуры сети: транспортной инфраструктуры, уровня доступа и сетевой иерархии.

Транспортный уровень

 

В большинстве российских регионов используются устаревшие линии передачи. Также существенным с точки зрения перевода их на IP-технологии является чрезмерная удаленность и труднодоступность некоторых населенных пунктов. От технологий зависит качество работы всей сети и количество предоставляемых сервисов. В качестве транспорта могут быть использованы АТМ, MPLS, Ethernet и другие сети.

Технология АТМ более адаптирована к применению NGN, так как имеет встроенный механизм обеспечения заданного качества сервиса и возможности адаптации к разнородному трафику данных, а так же перераспределения полосы пропускания между сервисами. Эта технология применяется в больших сетях, так как считается наиболее надежной. Технология АТМ часто использует SDH в качестве транспортной среды передачи. Это позволяет добиться более высокой надежности и управляемости транспортной сети. Но технология является очень дорогой.

Дешевыми, а потому и наиболее распространенными являются сети IP, основанные на Ethernet-коммутаторах и маршрутизаторах. Эти сети просты в проектировании и эксплуатации, легко наращиваются и модернизируются. Но не смотря на это ограничены в применении, так как имеют ряд недостатков, основным из которых является недостаточная адаптированность к пропуску разнородного трафика, особенно потоков данных, используемых наиболее востребованными приложениями (VoIP,Video IP).

Развитие технологии Ethernet привело к появлению нового транспорта - PoS (Pocket over SDH/SONET), или New Gen SDH (NG SDH). Это сочетание технологий Ethernet и SDH/SONET. Такая технология характеризуется высочайшей надежностью и управляемостью сети IP, что позволяет предоставлять все необходимые услуги передачи пакетного трафика.

Еще одно направление развития IP-сетей - это использование оптических кабелей в качестве среды передачи непосредственно. Наращивание скорости передачи до 1 или 10 Гбит/с подразумевает использование оптических технологий и создание так называемого Optical Ethernet. Наибольшее распространение получил в городах, обусловленный большим потребительским спросом на широкополосные услуги. Но даже с учетом большой полосы пропускания каналов такая IP-сеть несет в себе все недостатки "младших" Ethernet.

Дальнейшее развитие IP-сетей привело к созданию MPLS. Технология MPLS должна была снизить нагрузки на маршрутизаторы и адаптировать IP-сети к разнородному трафику данных. Она соединяла сеть IP и АТМ и стала одной из технологий транспортного уровня NGN. Технология MPLS заключается в том, что устройства опорной сети передают пакеты только с использованием меток и не анализируют заголовки IP-пакетов. В точке выхода метки удаляются, пакеты передаются в пункт назначения. Таким образом ускоряется коммутация пакетов в узлах сети, дифференцируется трафик и поддерживается сквозное качество услуг IP-сети. Технология MPLS позволяет строить множество виртуальных частных IP-сетей с изолированной системой IP-адресации на базе единой транспортной сети. Сегодня большинство производителей оборудования NGN поддерживают технологии MPLS.

На современном этапе развития коммуникационные системы требуют существенного расширения пропускной способности доступа. Решить эту задачу можно за счет использования проводных и беспроводных средств связи. На рис 2 и 3 представлены основные этапы развития сетей доступа и систем коммутации.

 

Рис.2

 

Рис.3

 

На рис.2 представлены три типа АТС: декадно-шаговые, координатные и цифровые. В телефонных сетях применялись также машинные АТС. Цифровые системы коммутации - последнее поколение АТС. На смену им приходят системы распределения информации, отвечающие требованиям NGN.

Сети доступа развивались по-другому. Двухпроводные физические цепи надолго стали единственным средством построения сетей доступа. Потом почти одновременно появились три крупных направления: xDSL (цифровой тракт по физически цепям), FTTx (доведение кабеля с оптическими волокнами до некоторой точки "x", BWA (широкополосные беспроводные средства доступа, которые ориентированы на подключение терминалов без использования кабелей связи). В семейство решений BWA входит и технология WiMAX. Каждая система имеет ряд преимуществ, что определяет сферу их применения. Клиенты сети чаще всего сталкиваются с уровнем доступа. Под термином "доступ" подразумевается очень широкое понятие от цифровых абонентских линий до пограничных шлюзов и конвергентной сигнализации. Доступ - это оборудование, которое связывает сеть NGN с традиционными TDM - сетями и даже небольшими локальными сетями передачи данных. Выделяют несколько способов включения абонентов сети в сеть следующего поколения. Можно непосредственно подключить пользователей к пакетной сети через IP-телефоны. Такое подключение наиболее "удобно" с точки зрения NGN, предоставление мультимедийного трафика, управления ресурсами сети. Такой услугой чаще всего пользуются корпоративные абоненты, постоянно работающие в интегрированной локальной NGN сети. Остальные абоненты включаются в сеть через широкополосную сеть доступа. Существуют разного рода подключения: DSL-системы, использующие медные кабельные пары, системы кабельного телевизионного вещания, активно развивающиеся сейчас беспроводныесистемы (Wi-Fi и WiMAX), оптические технологии доступа, например, PON. Все они дают возможность абоненту подключиться к большому количеству дополнительных сервисов. Абоненты TDM - сетей, напротив находятся в более затруднительном положении. Они могут подключиться к NGN через шлюзы стандартной телефонии. Только это не дает получить весь перечень услуг, доступный IP-абонентам, но даже здесь NGN позволяет предоставлять некоторые услуги цифровой сети нового поколения всем абонентам.

Существует оборудование, способное включаться как в традиционные сети с коммутацией каналов (по тракту Е1 через интерфейсы V5.2 и PRI), так и в перспективные сети с коммутацией пакетов (по протоколам SIP, MGCP, MEGACO/H.248). Одним из примеров такого типа оборудования служит мультисервисный абонентский концентратор (Media Gateway, MG).Gateway, MG - это представитель оборудования нового поколения для предоставления абонентам услуг интегрированного широкополосного доступа. Он обеспечивает доступ к традиционным сетям ТфОП, к сетям передачи данных и к мультисервисным сетям NGN. Такой концентратор предпочтительно применять в сельской местности, так как нерационально использовать большие АТС в сетях малой емкости

Технологии xDSL. Основное преимущество хDSL-технологий состоит в возможности одновременного предоставления по одному проводу как телефонной связи, так и высокоскоростной передачи данных.

Сегодня на рынке индивидуального доступа одна из наиболее экономических технологий DSL - асимметричная ADSL. Недостатком линии ADSL является то, что пропускная способность снижается с увеличением расстояния, а также из-за дефектов кабелей или установки цепей коррекции.

Главным конкурентом ADSL считается симметричный доступ SHDSL, который использует более эффективный линейный код и занимающий узкую полосу частот при любой скорости. Спектральная плотность сигнала SHDSL почти идеально совместима с сигналами ADSL, что является чрезвычайно важным обстоятельством для обеспечения устойчивой работы в условиях широкого внедрения технологий xDSL в будущем.

Рынок пока не пришел к однозначному выводу о том, какая из технологий - ADSL или SHDSL - более перспективна, поэтому в концентраторах MG целесообразно предусмотреть поддержку обеих технологий.