Битнер В.И.

Лекции

по дисциплине

СЕТИ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ

(магистерская программа Телекоммуникационная информатика» по

направлению 210400.68 Телекоммуникации)

2008

Введение

Переход к пакетным технологиям при модернизации и построении

новых сетей связи общ его пользования (ССОП) стал настоятельно необходим. Традиционные операторы связи приступили к перестройке своих сетей с ориентацией на пакетную коммутацию и придание им свойств мультисервисности.

Операторы заинтересованы в построении такой сети связи, которая бы поддерживала непрерывный контроль процессов обработки вызовов клиента и предоставления услуг по одним и тем же правилам, гарантирующ им запрошенный уровень качества обслуживания, независимо от способов транспортировки данных и видов используемого оборудования.

Несмотря на то, что опубликовано большое количество рекомендаций ITU-T (серия Y.xxxx), посвящ енных глобальной информационной инфраструктуре (GII) и NGN, согласованная концепция сети следующ его поколения пока не разработана. Ряд авторов рассматривает NGN как инструмент для модернизации сетей связи.

Структура учебного пособия Содержание пособия моет быть разделено на три части:

первая часть, в которую входят главы 1-3;

вторая часть, в которую входят главы 4-8;

третья часть, состоящ ая из глав 9, 10 и 11.

Первая часть учебного пособия посвящ ена тенденциям в развитии современных сетей и трафику мультисервисных сетей.

В первой главе пособия рассматриваются направления развития сетей (конвергенция телекоммуникационных технологий), глобальная информационная инфраструктура и инфокоммуникационные услуги.

Вторая глава посвящ ена рассмотрению атрибутов трафика, самоподобного трафика мультисервисных сетей.

В третьей главе рассматривается история развития сетей связи, структура Единой сети электросвязи (ЕСЭ) Российской Федерации, концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ЕСЭ России, методам коммутации и их сравнительному анализу.

Во второй части пособия содержатся учебные материалы, посвящ енные принципам построения NGN.

Четвертая глава посвящ ена проблемам перехода к сети следующ его поколения и модели NGN.

В пятой главе рассматриваются: функциональная структура NGN, принципы построения транспортных пакетных сетей, сетей доступа и протоколы NGN.

Шестая глава посвящ ена методам и средствам обеспечения качества обслуживания в NGN, общ им требованиям к качеству доставки информации в сетях с разными технологиями, механизмам обеспечения качества обслуживания пользователей, соглашению об уровне качества услуги, защ ите от перегрузок.

В седьмой главе рассматриваются подходы к выбору технологии транспортной сети нового поколения, технология асинхронного метода переноса, технология многопротокольной коммутации с помощ ью меток (MPLS), технологии физического уровня, поддержка качества услуг в сетях с пакетной коммутацией.

Восьмая глава посвящ ена основным сценариям перехода к NGN, принципам модернизации ГТС и СТС.

Третья часть пособия посвящ ена вопросам проектирования мультисервисных сетей, управления сетью, трафиком.

В девятой главе рассматриваются принципы управления сетями следующ его поколения.

Десятая глава посвящ ена методологии проектирования телекоммуникационных сетей: организации сетей доступа, расчету нагрузки сетей доступа и транспортной.

В одиннадцатой главе рассматриваются примеры построения мультисервисных сетей.

В каждой главе учебного пособия имеются контрольные вопросы, предназначенные для самоконтроля усвоения учебного материала студентами, и библиография.

Глава 1. Пути перехода к сетям следующего поколения 1.1 Основные тенденции в развитии современных сетей В стратегии развития информационного общ ества в Российской Федерации, принятой Министерством информатизации и связи в г. [1], приведены контрольные значения показателей развития на период до 2015 года (таблица 1.1).

Таблица 1.1. Контрольные значения показателей развития информационного общества в Российской Федерации на период до 2015 года Наименование показателя Значение показателя Место Российской Федерации в международных рейтингах в числе двав области развития информационного общества дцати ведущих стран мира Рост объема инвестиций в использование информацио н- не менее чем в ных и телекоммуникационных технологий в национальной 2,5 раза экономике по сравнению с 2007 годом Уровень использования линий широкополосного доступа к 2010 году - на 100 человек населения за счет всех технологий линий;

2015 году - линий Наличие персональных компьютеров, в том числе подклю- не менее чем в ченных к Internet 75% домашних хозяйств Важно отметить, что среди других показателей развития информ ационного общ ества используется показатель (международный рейтинг), значение которого определяется не министерством, а международным сообщ еством.

В [1] приведены также основные индикаторы связи и информатизации за 2005-2006 гг. (таблица 1.2).

В таблице 1.3 приведены показатели развития рынка информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в 2005-2006 гг.

Анализируя данные таблицы 1.2, можно отметить, что ещ е низки такие показатели как телефонная плотность (особенно на сельских телефонных сетях), уровень цифровизации местных сетей связи общ его пользования (ССОП), количество постоянных пользователей Internet, доля оптического кабеля на первичной сети.

Таблица 1.2. Основные индикаторы связи и информатизации за 2005-2006 гг.

электросвязи (всего) чел.

(всего) на 100 человек населения чел.

местной телефонной сети (всего) ровых систем передачи на первичной сети первичной сети передачи с оптическим кабелем на первичной сети Таблица 1.3. Показатели развития рынка информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в 2005-2006 гг.

Доходы от основной деятельности операторов связи (всего) почтовая связь (с учетом специальной связи) Объем рынка информационных технологий, в том числе:

Платежи отрасли связи в консолидированный бюджет На сегодняшний день только 26% оборудования, использу емого на сетях местной телефонной связи в Российской Федерации, соответствует мировому уровню. За период до 2010 года предусматривается модернизировать около трех четвертей номерной емкости сущ ес твующ их сетей связи общ его пользования, что составляет свыше 20 млн.

номеров. Кроме модернизации морально и физически устаревшей техники, планируется увеличение общ его количества телефонов в стране на 16,5 млн. номеров. Таким образом, за период до 2010 г ода с целью модернизации и расширения местных телефонных сетей необходима закупка примерно 36 млн. номерной емкости, что в ценовом выражении может составить до 7,9 млрд. долларов США. Год овая потребность в стоимостном выражении составит свыше 1 млрд.

долларов США в 2010 году.

Крайне острыми продолжают оставаться проблемы сельской связи и проблемы связи на труднодоступных территориях. Причины сущ ествующ их проблем в нашей стране объясняются, прежде всего, выс окой себестоимостью этих услуг связи и крайне низкой покупательной способностью населения.

В настоящ ее время около 50 тысяч населенных пунктов не имеют телефонной связи. Телефонная плотность на селе составляет примерно 14 телефонов на 100 жителей. В рассматриваемый период необходимо ввести номерную емкость телефонной сети 2700 - тысяч номеров, из которых 600 тысяч номеров идут на замену выводимого из эксплуатации оборудования.

Сущ ествующ ая система правового регулирования рынка телекоммуникационных услуг имеет ряд серьезных недостатков. К их числу следует отнести:

ограничение рыночного потенциала традиционных операторов связи и создание неравных условий на рынке для традиционных и новых операторов;

отсутствие эффективных механизмов, регулирующ их деятельность по оказанию услуг присоединения;

отсутствие последовательности в реализации принципов тарифного регулирования, установленных госу дарством;

отсутствие гарантий и механизма реализации права граждан Российской Федерации на доступ к сети связи общ его пользования (ССОП) независимо от их местонахождения и уровня дох одов;

недостаточная защ ита национальных интересов при решении вопросов участия иностранных инвесторов в развитии национальной телекоммуникационной инфраструктуры.

Мобильная связь Сегмент рынка услуг мобильной связи полностью либерализован и переживает период динамичного роста. Количество абонентов увеличивается не менее чем на 25% ежегодно. Потенциал роста рынка мобильной связи оценивается как высокий. В этом сегменте рынка развернулась наиболее острая конкурентная борьба компанийоператоров, при этом первая пятерка компаний обслуживает 3/4 всех абонентов.

Ежегодный прирост пользователей Интернет составляет 15- процентов. Сегмент рынка оборудования для развития сети передачи данных, телематических услуг и Интернет является потенциально наиболее динамично растущ им.

1.2 Направление развития сетей (конвергенция телекоммун икационных технологий) В настоящ ее время при построении мультисервисных сетей используются технологии IP/ATM, IP/MPLS, IP/GigabitEthernet. Основное преимущ ество технологии IP/MPLS перед IP/ATM в долгосрочной перспективе состоит в более высокой степени масштабирования (scalability, extensibility) – расширяемости, возможности функционального наращивания системы путем добавления новых элементов или замены устаревших на более совершенные, без изменения архитектуры. Таким свойством должна обладать, прежде всего, транспортная сеть. Предпочтительная область применения технологии IP/MPLS ядро транспортной сети.

Масштабируемость означает также экономичную поддержку большого количества пользовательских потоков. Экономичность подраз умевает возможность передачи через магис траль многочисленных потоков без слежения за каждым из них, а совокупно за множеством (путем агрегирования). Агрегирование потоков реализуется как в технологии ATM, так и MPLS: в ATM это агрегирование отдельных виртуальных соединений (VCC) в общ ий виртуальный путь VPC, а в MPLS агрегирование разных пользовательских потоков в общ ий класс д оставки (Forwarding Equivalence Class, FEC) и передача их по общ ему пути (Label Switching Path, LSP).

При этом механизмы агрегирования в технологии MPLS более гибки и поддаются автоматизации. Если коммутатор ATM пользуется только таблицей коммутации второго уровня с идентификаторами виртуального канала (VCI) и тракта (VPI), то маршрутизатор MPLS, коммутирующ ий с помощ ью меток (Label Switched Router, LSR), имеет доступ к информации того же второго уровня, третьего (IP-адрес), четвертого (порты TCP/UDP), а часто и прикладного.

Поэтому администратор может не конфигурировать отображение соединений виртуальных каналов (VCC) на соединения виртуальных трактов (VPC) вручную, а написать несколько правил агрегирования с учетом разных признаков трафика, в том числе и высок оуровневого, и предоставить дальнейшую работу LSR. Ещ е одним отличительным свойством MPLS, повышающ им е масштабируемость, является неограниченное число уровней иерархии меток и, соответственно, агрегирования путей вместо двух уровней (VPC/VCC) в технологии ATM [2].

Технологии ATM и MPLS выполняют в современных транспортных сетях одни и те же функции: создание виртуальных соединений на звеньевом уровне. Создание виртуальных соединений обеспечивает:

дифференцированное обслуживание различных типов пользовательских потоков данных (поддержка соглашения об уровне качества услуг доставки информации – Service Level Agreement, оптимальное использование ресурсов на основе рационального выбора маршрутов следования потоков данных через сеть (с помощ ью методов управления трафиком – Traffic Engineering, В технологии ATM имеется несколько ограничителей, из-за которых ее масштабируемость не может выходить за определенные рамки. Самым принципиальным ограничителем является фиксированный и очень небольшой размер ячейки – 53 байта, 48 из которых переносят пользовательские данные. Малый размер ячейки был выбран с целью создания предсказуемых условий переноса через магистральную сеть чувствительной к задержкам голосовой информации со ск оростью 155 Мбит/с (скорость 155 Мбит/с была наиболее распространенной в сетях ATM в начале 90-х годов 20-го века). За прошедшие лет масштабы скоростей транспортных сетей изменились, в нас тоящ ее время технологии доставки информации работают уже со скоростью 10 Гбит/с (10GigabitEthernet, 10GE) и более.

Затраты вычислительной мощ ности любого пакетного коммуник ационного устройства, независимо от поддерживаемой им технологии, пропорциональны количеству обрабатываемых пакетов (кадров, ячеек), а не их размеру. Поэтому производительность коммутатора ATM должна быть примерно в 100 раз больше, чем производительность маршрутизатора IP, работающ его с пакетами размером 4500— октетов. При этом разница задержки при доставке на физическом уровне вследствие различий размера ячеек и пакетов не превышает наносекундных величин и не ощ ущ ается пользователями сети.

Преимущ ество ATM тонкая и разнообразная поддержка дифференцированного обслуживания потоков разных типов, которая всегда рассматривалась как наиболее сильная сторона ATM. Действительно, разработчики технологии всесторонне проанализировали все типы сущ ествующ их потоков данных, разделили их на классы, для каждого создали отдельную службу (CBR, rtVBR, nrtVBR, ABR и UBR), призванную наилучшим образом поддерживать доставку соответству ющ его вида информации.

При этом узлы сети ATM обеспечивают контроль параметров кач ества доставки информации по способу «из конца в конец» для каждого отдельного виртуального соединения, обеспечивая высокую степень гранулированности соглашений пользователя с администрацией сети (Service Level Agreement, SLA).

Неспособность сети с технологией MPLS поддерживать качество доставки информации подобным образом очень многие считают ее слабостью и главной причиной сохранения технологии ATM в маг истральных сетях. Безусловно, проблемы с поддержкой качества д оставки информации в сетях с технологией IP/MPLS сущ ествуют, но дело не в том, что MPLS не может поддерживать качество доставки информации пользователя на таком же уровне, что и ATM. Сегодня ещ е отсутствует стандарт ITU-T и других международных органов, устанавливающ ий для MPLS способы поддержки качества доставки информации в соответствии с особой ролью этой технологии, предназначенной для ядра сети, а не для ее периферии.

Нужно отметить, что поддержка качества доставки информации вообщ е не встроена жестко в MPLS (если не считать зарезервированных 3 бит поля Exp в заголовке, которые используются для переноса признака приоритетности кадра). Подобное упрощ ение сделано сознательно, чтобы предоставить изготовителям и сетевым интеграторам свободу действий и возможность применять те из имеющ ихся механизмов поддержки качества доставки информации, которые наилучшим образом отвечают потребностям операторов сетей связи.

Сегодня таким рекомендуемым механизмом является дифференцированное обслуживание (DiffServ), он разработан для сетей IP и ориентирован на работу с несколькими агрегированными классами с етевого трафика, а не с отдельными пользовательскими соединениями, как в ATM. Именно такая технология подходит для работы в ядре (core) транспортной сети.

В начале 21-го века наметилась тенденция применения связки технологий IP/MPLS в магистральной сети. При этом за технологией ATM остаются сети доступа, где применение ее вполне уместно.

Большинство операторов связи экономически развитых стран мира поддерживают такое решение, считая сочетание «ATM в сети доступа» и «IP/MPLS в ядре транспортной сети» рациональным и стратег ически верным. Технология ATM обладает преимущ ествами в случае использования приложений, которым нужна гарантированная полоса пропускания, например, для приложений реального времени.

В России технология ATM не применяется в сети доступа из-за высокой стоимости программно-аппаратных средств.

При взаимодействии сети доступа с магистральной сетью на втором протокольном уровне цифровые потоки, генерируемые объектами первого или второго уровней, инкапсулируются непосредственно в кадры или ячейки второго уровня, что, соответственно, уменьшает накладные расходы. В таблице 1.4 приведены примеры вынужденной протокольной избыточности (накладных расходов) при применении различных технологий доставки информации. Протокольная избыточность определяется отношением объема протокольного заголовка и, возможно, хвостовика (Lprot ) к общ ему объему протокольного блока данных (Ltotal).

Для доставки потока кадров второго уровня через магистраль используются таблицы отображения адресов второго уровня на пути, коммутируемые с помощ ью меток (LSP).

Таблица 1.4. Протокольная избыточность разных телекоммуникационных те хнологий При этом адрес кадра второго уровня не отбрасывается, а запоминается и помещ ается в поле внутренней метки заголовка MPLS, то есть используется свойство MPLS, состоящ ее в поддержке иерарх ических путей за счет иерархии меток в заголовке кадра. При выходе кадра или ячейки из магистрали IP/MPLS эта адресная информация восстанавливается, и данные доставляются к узлу назначения в с оответствии с технологией, используемой в сети доступа.

Таким образом, реализуется туннелирование потока кадров второго уровня, при котором в качестве туннелей используются пути (LSP), созданные в магистральной сети. Если в сети доступа применяется технология ATM, то виртуальное соединение не заканчивается на входном устройстве магистрали, а прозрачным образом проходит ч ерез туннель MPLS и продолжается при выходе из магистрали в сети доступа к узлу назначения.

Описанные схемы взаимодействия ATM и MPLS дополняют друг друга. Применяя их вместе, оператор получает возможность доставлять через магистраль IP/MPLS как потоки IP-пакетов, так и потоки данных с другими форматами.

Одним из достоинств технологии MPLS, по сравнению с ATM, является ее способность использовать практически любой формат кадров сущ ествующ их технологий второго уровня — ATM, Frame Relay, PPP, Ethernet или любой иной. Поэтому технология MPLS имеет несколько разновидностей (A-MPLS, F-MPLS, P-MPLS и E-MPLS), использующ их ячейки ATM, кадры Frame Relay, PPP или Ethernet соответственно.

Такая протокольная независимость MPLS обеспечивает высокую степень гибкости и масштабируемости (возможности модификации характеристик без замены оборудования), необходимые в транспортной сети.

После изучения характера трафика мультимедиа и накопления опыта использования технологии MPLS, Оператор может начать перевод потоков, отнесенных к другим классам, на пути, коммутируемые с помощ ью меток (LSP), в том числе и потоков данных, чувствительных к задержке, доставка которых обеспечивается сегодня с помощ ью служб CBR и rt-VBR ATM.

На рисунке 1.1 приведены стеки протоколов профиля взаимосвязи IP/MPLS и ATM. Для обеспечения доступа к ресурсам Internet (Intranet) пользователь может применять одну из разновидностей протокола второго уровня LLC и MAC подключенной ЛВС.

Пограничный маршрутизатор LER1 (Label Edge Router) домена MPLS присваивает кадрам протокола LLC метку и направляет поток помеченных кадров по пути LSP (Label Switched Path), выбранному с помощ ью протоколов маршрутизации (например, OSPF) и распределения меток LDP (Label Distribution Protocol). Путь LSP проходит через сетевые объекты: LER1, LSR1, коммутатор сети с технологией ATM, LSR2, LER2.

Коммутатор ATM использует собственные метки (VPI, VCI) для присвоения их пакетам IP в интерфейсах LSR1 – коммутатор ATM и LSR2 – коммутатор ATM. Пакеты потока от терминала TE A к терминалу TE B проходят в пределах домена MPLS по пути LSP. В объектах домена MPLS (в коммутирующ их маршрутизаторах LER, LSR и коммутаторах ATM) пакеты коммутируются с помощ ью меток L1, L2, L3, L4, L5. В качестве меток L2, L3, L4 используются идентификаторы виртуальных трактов VPI, применяемые в технологии ATM.

Схема сети с технологиями IP/MPLS и ATM приведена на рисунке 1.2.

Вопрос о том, должен ли в ядре сеть следующ его поколения использовать режим с коммутацией каналов или с коммутацией пак етов, в наше время решен почти однозначно. В ядре сети будет использоваться режим с коммутацией пакетов. Причинами такого выбора являются:

во-первых, интенсивность трафика данных, который по своей природе является пакетным, будет большей, чем трафика телефонии;

во-вторых, сети с коммутацией каналов неэффективно используют имеющ иеся ресурсы, занимая канал связи на все время с момента установления соединения и до его полного разъединения (даже в том случае, когда пользователь не передает информацию).

Более того, это будет сеть с коммутацией пакетов, основанная на стеке протоколов TCP/IP. Успех стека TCP/IP объясняется его способностью согласования почти с любой из базовых коммуникационных технологий (PPP, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, ATM, IP/MPLS, SDH).

UDP UDP

IP IP IP IP

LSR LSR

AAL AAL

S S P P P S S

N N L L L L N N

ATM ATM

M M P P P P M

A A H H H H A

C C Y Y Y Y Y C

NNI NNI

ATM ATM

Рисунок 1.1. Профиль взаимосвязи IP/MPLS и ATM Наличие на рынке огромного количества программ и приложений, использующ их протоколы TCP/IP, также способствует предпочтению TCP/IP другим сетевым протоколам. Наконец, использование TCP/IP в Internet, самой быстро развивающ ейся компьютерной сети нашего времени, позволяет предположить с большой степенью уверенности, что сеть следующ его поколения будет использовать стек TCP/IP.

LAN LER

TE LER LSR

Рисунок 1.2. Схема сети с технологиями IP/MPLS и ATM Технология GigabitEthernet За долгие годы использования в корпоративных и частных сетях технология Ethernet по экономическим показателям превзошла практически все остальные технологии широкополосного доступа.

Стандарт 10 GigabitEthernet (10GE), ориентированный для использования в сетях общ его пользования, позволяет повысить экономичность сетей.

Сегодня стоимость оборудования, использующ его связку IP/Ethernet, составляет примерно десятую часть стоимости оборуд ования IP/ATM или IP/SDH.

В 10GE применяется та же технология, что и в GE, Fast Ethernet, сохранены протокол многостанционного доступа с контролем несущ ей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) и формат кадра, но в качестве среды передачи используется ВОЛС. Эта технология доставки информации используется при построении магистралей корпоративных мультисервисных сетей и транспортных сетей NGN. Преимущ ество 10GE по сравнению с ATM состоит в том, что объемы IPпакетов и кадров Ethernet соизмеримы, поэтому не требуется преобразование пакетов в кадры (ячейки ATM) и обратное преобразование при доставке информации в транспортной сети.

Важнейшая проблема состоит в том, как обеспечить требуемое к ачество доставки информации всех известных служб, базирующ ихся как на способе КК, так и на способе КП.

Чтобы предоставлять пользователям любые виды услуг набора, имеющ егося у оператора, необходимо создать распределенную систему, в которой функции организации и предоставления интеллектуальных услуг были бы отделены от функций управления транспортом и коммутацией. Этот принцип использован при построении интеллектуальных сетей, вернее – интеллектуальных надстроек над телекоммуникационными сетями.

В сети следующ его поколения делается попытка полностью отд елить функции создания и управления предоставлением услуг и приложений от функций управления вызовом и ресурсами коммутации, а также попытка создания стандартизированных интерфейсов между уровнями, выполняющ ими эти функции [4, 5, 6, 8].

Таким образом, у сетевых операторов должна появиться возможность развития этих уровней независимо друг от друга, а у фирм, разрабатывающ их программное обеспечение и имеющ их высокопрофессиональный штат программистов значительно пополнить рынок услугами и приложениями, которые могут быть востребованы польз ователями сети следующ его поколения (рисунок 1.3).

В свою очередь, конкуренция, которая возникнет на рынке предоставления услуг, призвана способствовать снижению цен, уменьшению срока ввода новых и повышению разнообразия предлагаемых услуг.

Средства обработки вызова и контроля будут сконцентрированы в одном месте, а средства коммутации и транспорта могут быть распределены по всей территории сети. Более того, увеличение объема ресурсов тех объектов, которые реализуют эти две функции, будет обеспечиваться независимо друг от друга.

УРОВЕНЬ УСЛУГ И ПРИЛОЖЕНИЙ

УРОВЕНЬ УПРАВЛЕНИЯ

УРОВЕНЬ КОММУТАЦИИ

И ТРАНСПОРТА

Глобальная Уровневая архитектура сети следующ его пок оления Рисунок 1.3. информационная инфраструктура Современный этап развития мировой цивилизации характеризуется переходом от индустриального к информационному обществу.

Такой переход предполагает наличие новых форм социальной и э кономической деятельности, базирующ ихся на массовом использовании информационных и телекоммуникационных технологий.

Технологической основой информационного общ ества является Глобальная Информационная Инфраструктура (Global Information Infrastructure, GII) [2, 3], которая должна обеспечить возможность д оступа к информационным ресурсам каждого жителя планеты без дискриминации. Информационную инфраструктуру составляет совокупность баз данных, средств обработки информации, взаимодействующих сетей связи и терминалов пользователя.

Доступ к информационным ресурсам GII реализуется посредством услуг связи нового типа, получивших название услуг Информационного общ ества или инфокоммуникационных услуг. Инфокоммуникационной услугой называется услуга электросвязи, предполагающ ая автоматизированную обработку, хранение или предоставление информации по запросу с использованием средств вычислительной техники, как на входящ ем, так и на исходящ ем конце соединения [3].

Наблюдаемые в настоящ ее время высокие темпы роста объемов предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнозировать их преобладание на сетях связи в ближайшем будущ ем.

На сегодняшний день развитие инфокоммуникационных услуг осущ ествляется, в основном, в рамках Internet, доступ к услугам которой обеспечивается через традиционные сети связи. В то же время, в ряде случаев услуги Internet, ввиду ограниченных возможностей е транспортной инфраструктуры, не отвечают современным требованиям, предъявляемым к услугам информационного общ ества. В связи с этим, развитие инфокоммуникационных услуг требует решения задач эффективного управлении информационными ресурсами с одновременным расширением функциональности сетей связи. В свою очередь, это стимулирует процесс интеграции Internet и традиционных сетей связи.

Бизнес-модель, определяющ ая участников процесса предоставления инфокоммуникационных услуг и их взаимоотношение, также отличается от модели традиционных услуг электросвязи, в которой было представлено всего лишь три основных участника: оператор, абонент и пользователь. Новая деловая модель предполагает наличие поставщика услуг, который предоставляет инфокоммуникационные услуги абонентам и пользователям. При этом сам поставщ ик является потребителем услуг переноса, предоставляемых оператором сети связи. На рынке могут также присутствовать дополнительные виды поставщ иков услуг: поставщ ики информации, брокеры, ретейлеры и так далее.

Поставщик информации предоставляет информацию поставщ ику услуг для распространения.

Брокер предоставляет информацию о поставщ иках услуг и их потенциальных абонентах, содействует пользователям при поиске поставщ иков услуг, оказывающ их требуемые им услуги.

Ретейлер (retailer - розничный торговец) выступает как посредник между абонентом и поставщ иком услуг с целью адаптации услуги к индивидуальным требованиям пользователя.

К инфокоммуникационным услугам предъявляются требования [4]:

мобильности;

возможности гибкого и быстрого создания новых услуг;

гарантии качества.

Большое влияние на требования, предъявляемые к инфокоммуникационным услугам, оказывает процесс конвергенции, приводящ ий к тому, что эти услуги становятся доступными пользователям вне зависимости от способов доступа.

Принимая во внимание особенности инфокоммуникационных услуг, могут быть определены следующ ие требования к перспективным сетям связи:

мультисервисность, термин выражает свойство независимости технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

широкополосность, термин выражает возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущ их потребностей пользователя;

мультимедийность, термин выражает способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

интеллектуальность, термин выражает возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщ ика услуг;

инвариантность доступа, термин выражает возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;

многооператорность, термин выражает возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности.

Сущ ествующ ие сети связи общ его пользования с коммутацией каналов и коммутацией пакетов (СПД) в настоящ ее время не отвечают перечисленным выше требованиям. Ограниченные возможности традиционных сетей являются сдерживающ им фактором на пути внедрения новых инфокоммуникационных услу г. С другой стороны, наращ ивание объмов предоставляемых инфокоммуникационных услуг может негативно сказаться на качестве обслуживания базовых служб сущ ествующ их сетей связи.

Все это вынуждает учитывать наличие инфокоммуникационных услуг при планировании способов развития традиционных сетей связи в направлении создания мультисервисных сетей.

В рекомендации ITU-T Y.100 приводятся данные о взаимовлиянии телекоммуникационных технологий, наблюдаемом в наше время. В процессе анализа свойств, которыми должна характеризоваться глобальная информационная инфраструктура, были учтены характеристики всех сущ ествующ их телекоммуникационных технологий и видов служб и услуг.

Стандарты глобальной информационной инфраструктуры должны обеспечить возможность взаимодействия и взаимосвязи (как с ориентацией на соединение (Connection-oriented, CO), так и без ориентации на соединение – Connectionless Oriented, CL) между большим разнообразием приложений и различных платформ (как на основе программных средств, так и аппаратных).

Телекоммуникационные сети (PSTN, DSN, ISDN, MN, IN, CN, OSN), использующ ие разные технологии (SC, PS, ATM, MPLS, SDH, WDM и др.), в настоящ ее время обеспечивают передачу данных и речи с высоким качеством и взаимодействуют друг с другом.

Сети с протоколами TCP/IP создают платформу, которая позволяет пользователям, связанным с различными сетевыми инфраструктурами, иметь общ ий набор приложений и обмениваться потоками данных, качество доставки которых не гарантируется. Стек протоколов TCP/IP совершенствуется (например, IPv6) с целью поддержки приложений голоса, видео, мультимедиа повышенного качества. Эти тенденции конвергенции сетевых технологий иллюстрируются рисунком 1.4 [2].

Наметившиеся тенденции конвергенции таковы:

технологии с коммутацией пакетов (ранее не ориентированные на установление соединений - Connectionless operation), например, использующ ие протокол IP, совершенствуются с целью повышения качества доставки информации (Guaranteed bearer services), благодаря предварительному установлению виртуальных соединений (Connection-oriented);

узлы сетей с коммутацией каналов (PSTN и ISDN) будут обмениваться информацией через транспортные сети нового поколения с КП (IP/MPLS), что приведет к понижению качества доставки информации (Unguaranteed bearer service), чувствительной к задержке, джиттеру (jitter) и потерям пакетов;

сети с технологией ATM, обеспечивающ ие доставку информации любых приложений с высоким качеством (Guaranteed bearer service), предоставляют услуги доставки как с ориентацией на соединение, так и без ориентации на соединение (например, На рисунке 1.5 [3] приведен пример конфигурации инфраструктурных ролей в GII. Под инфраструктурной ролью понимают поддержку услуги с помощ ью набора ресурсов многократного использования.

Глобальная информационная инфраструктура претендует на создание такой телекоммуникационной инфраструктуры, которая смогла бы объединить в себе все возможные виды информации (речь, данные, мультимедиа) и удовлетворяла бы требованиям каждого из них к качеству обслуживания (Quality of Service, QoS).

Так как структурная роль определена деловой деятельностью, к оторая является частью процесса производства, это имеет отношение к приложениям GII. Приложения также имеют подобное определение деловой деятельности или «виртуального взаимодействия» между конечными пользователями. Поэтому приложение составлено из действий и отношений между действиями. Примеры типичных приложений: «новости по требованию», «кинофильм по требованию», «библиотека по требованию» и т.д. В приложении «новости по требованию» пользователи способны отыскать электронные газеты, которые они могут просмотреть и читать. Этот пример показывает, что имеются конечные пользователи, чья деятельность состоит в просмотре и чтении новостей. Конечные пользователи отыскивают с редства доступа к информационной службе новостей, чья деятельность обеспечивает конечных пользователей доступом к различным электронным газетам.

Все эти структурные роли используют различные инфраструкту рные услуги. Таким образом, структурные роли это пользователи GII.

без гарантий каче- гарантией качества в ысокой гарантией CO (Connection-oriented operation) – доставка в режиме «с установлением соединения»;

CL (Connectionless operation) – доставка в режиме «без установления соединения»;

направления (directions) развития сетевых технологий.

Рисунок 1.4. Направление развития сетей (конвергенция технологий) Шлюзы второго уровня (L2 GW) выполняют функции поддержки приложений, а шлюзы первого уровня (L1 GW) – функции выбора маршрута. Передачу новостей и голосовые сообщ ения поддерживают базы данных (DB), аккумулирующ ие разнообразное содержание (контент).

структурной ние Contents

Handset Windows, Modem, пользов DBMS - DataBase Management System HTML - HyperText Markur Language JPEG - Joint Photographic Experts Group GW - Gateway MPEG - Motion Picture Experts Group ARS - Automatic Route Selection Рисунок 1.5. Пример конфигурации инфраструктурных ролей в глобальной информационной инфраструктуре Структурная модель идентифицирует услуги и определяет приложения. Структурная модель (рисунок 1.6) определяет путь, по которому роли могут быть организованы, чтобы предоставить приложения и услуги. Чтобы предлагать услуги или предоставлять приложения, роль должна объединить множество ресурсов и интегрировать их в службу, необходимую для его клиентов. Каждый ресурс в составе роли может требовать ресурса в составе другой роли. Поскольку роль добавляет набор ресурсов, то в службу могут быть упакованы новые услуги и приложения. Например, служба электронных платежей будет использовать множество услуг доставки и обработки информации, хранения. Роль клиента запрашивает службу, каждый из ресурсов которой имеет определенное значение.

Услуга или приложение, клиентам Термины:

услуга – характеризуется отношениями, которые сущ ествуют между ролями, а роль клиента состоит в запросе службы с указанием всех атрибутов требуемой услуги. Передача данных является примером услуги, а не приложения;

приложение – с приложением клиент покупает полные права на его использование и так, что его свойства могут многократно использоваться клиентом. Покупка видео фильма – пример покупки приложения. В соответствии с этим определением, поставка и поддержка приложения определяется инфраструктурной ролью, в то время как операция приложения определяется структурной ролью;

прикладной компонент – часть приложения. Когда функции приложения рассредоточены по нескольким географически разделенным информационным объектам, то говорят о множестве прикладных компонентов, входящ их в его состав (они взаимодействуют друг с другом, используя услуги GII);

домен – совокупность долей, которые принадлежат собственнику и могут включать больше чем одну роль;

платформа предоставления услуг – является базой для предоставления услуг, она сформирована из множества долей, которые могут принадлежать разным собственникам (доли могут объединять множество ролей и поэтому они могут быть составлены из нескольких сотрудничающ их доменов);

сервисный интерфейс – средства, с помощ ью которых служба используется владельцем. Сервисный интерфейс может иметь несколько аспектов, включая отношения между ролями, информационные и вычислительные аспекты, аспекты реализации и контракта между собственниками;

сервисные компоненты – сервисные интерфейсы могут быть сложными и составленными из множества сервисных компонентов.

Структура услуг и приложений Если услуга предоставляется между ролями, взятыми на себя различными участниками рынка услуг (рисунок 1.6), обслуживание будет предлагаться в контексте контракта и должно содержать достаточный набор параметров, чтобы гарантировать, что контракт может быть выполнен и проверен.

Пользователи могут использовать услуги GII непосред ственно или использовать собственные приложения и затем использовать у слуги GII для поддержки этих приложений. Кроме того, компоненты приложений пользователя могут быть предоставлены и поддержаны GII.

Услуги и приложения, предоставляемые GII, создаются в форме сервисных и прикладных компонентов.

Глобальная информационная архитектура объединяет ресурсы (рисунок 1.7):

инфраструкту рные;

сетевые (network resources);

обработки и хранения информации (processing and storage resources);

телекоммуникационного ПО (middleware resources).

В конвергентной GII различие между услугами и приложениями важно потому, что оно соответствует двум различным коммерч еским схемам (бизнес схемам). Это отличие отражает также тот факт, что операторы телекоммуникационных сетей традиционно предлагали услуги, в то время как информационные технологии (ИТ) традиционно предлагали приложения. Под термином «конвергентная GII» понимают информационную инфраструктуру, в которой интегрируются различные типы трафика на единой технологической платформе и предоставляются разнообразные услуги и приложения.

Типичными приложениями, используемыми GII, являются:

дистанционное обучение/электронные библиотеки;

телемедицина;

распределенная обработка информации;

электронная торговля;

электронная публикация;

На рисунке 1.7 термин «Middleware» обозначает программное обеспечение, обеспечивающ ее прозрачную работу программ в неоднородной сетевой среде.

В GII заложено три основных принципа, следование которым позволит строить сети следующ его поколения:

сеть с пакетной коммутацией для всех видов трафика;

единая коммуникационная и транспортная сеть для различных сетей доступа;

сеть с распределенной архитектурой, где каждый уровень независим от других.

Службы и услуги NGN Общ ие принципы формирования услуг мультисервисной сети следующ его поколения (NGN):

1. AnyPoP – услуга не зависит от точки доступа пользователя к 2. AnyISP – услуга не зависит от конкретного сервиспровайдера;

3. AnySwitch – услуга не зависит от конкретной АТС;

4. AnyVendor – услуга не зависит от конкретного изготовителя 5. AnyBilling – услуга должна интегрироваться в сущ ествующ ие биллинговые и административные концепции Оператора;

6. Standards – услуга должна использовать стандартизированные интерфейсы;

7. Safety – защ ита услуг от попыток вторжения через Интернет 8. Openness – услуга должна быть открытой для новых провайдеров.

Перечисленные восемь обобщ енных принципов определяют проектирование новых услуг в условиях совместной работы ССОП, сетей подвижной связи и IP-сетей на сервисном уровне, возможность заказывать, поддерживать, тарифицировать и эксплуатировать новые услуги мультисервисных сетей.

Пользователи и их приложения Инфраструктурные услуги и приложения Телекоммуникационное ПО и приложения Mobile TBN – Terrestrial Broadcast Network – наземная сеть радиов ещания DBSN – Direct Broadcast Satellite Network – спу тников ая сеть радиов ещания Рисунок 1.7. Услуги и приложения, предоставляемые GII Услуги, предоставляемые мультисервисными сетями, разделяются на услуги переноса (bearer services) и инфокоммуникационные услуги.

Инфокоммуникационной услугой называется услуга электросвязи, предполагающ ая автоматизированную обработку, хранение или предоставление информации по запросу с использованием средств вычислительной техники, как на входящ ем, так и на исходящ ем конце соединения.

Услуги переноса (доставки) информации характеризуются:

типами соединений (Connection Type, CT);

классом качества услуги (Class of Service, CoS);

параметрами трафика (Traffic Parameters, TP).

Услуги переноса предоставляются многопротокольной транспортной сетью и заключаются в прозрачной передаче информации пользователя между сетевыми окончаниями (Network Terminator, NT) без какого-либо анализа или обработки е содержания.

Услуга переноса, ориентированная на соединение, предназначена для передачи информации с помощ ью протоколов, требующ их предварительного установления соединения (ATM, Frame Relay, X. и т.д.), или для передачи информации в режиме эмуляции синхронных цифровых каналов.

Услуга переноса, не ориентированная на соединение, предназначена для передачи информации с применением технологий, не требующ их установления соединения, например, IP, Ethernet, Token Ring.

Данная услуга предполагает реализацию в транспортной сети функций сервера CLS (Connectionless Server), основная задача которого заключается в обработке адресов получателей (включая групповые адреса) и управлении доставкой информации пользователя через многопротокольную транспортную сеть.

Применение услуг переноса для сетей с технологией ATM определено в РД 45.123-99 «Порядок применения технологии асинхронного режима переноса на Взаимоувязанной сети связи России».

К основным особенностям, отличающ им инфокоммуникационные услуги от услуг электросвязи, относятся:

в комплекс входят услуги всех уровней модели взаимосвязи открытых систем (ВОС), в то время как услуги электросвязи предоставляются на третьем, сетевом, уровне;

большинство инфокоммуникационных услуг функционирует по принципу «клиент-сервер», клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а серверная – в специальном сетевом узле, называемым узлом служб (Service Node, SN);

инфокоммуникационные услуги предполагают передачу мультимедиа информации, при этом приложения, создающ ие нагру зку, предъявляют высокие требования к скорости передачи и х арактеризуются несимметричностью объемов входящ его и исх одящ его информационных потоков;

инфокоммуникационные услуги предполагают преобразование информации из одного вида в другой, например, факс текст, голостекст и т.п.;

для эффективного предоставления инфокоммуникационных услуг могут требоваться сложные многоточечные конфигурации соединений;

для инфокоммуникационных услуг характерно широкое разнообразие прикладных протоколов и возможности по управлению услугами со стороны пользователя;

при предоставлении инфокоммуникационных услуг требуется преобразование логического номера, присваиваемого абоненту мультисервисной сети, в физический номер для маршрутизации вызова по многопротокольной транспортной с ети;

при предоставлении доступа к инфокоммуникационным услугам должна осущ ествляться аутентификация пользователя.

Важным для инфокоммуникационных услуг является понятие «приложение». Приложение определяется как услуга, функциональность которой распределена между оборудованием поставщ ика услуги и оконечным оборудованием пользователя. Как следствие оконечное оборудование участвует в предоставлении инфокоммуникационных услуг.

Инфокоммуникационные услуги, функционирующ ие по принципу «клиент-сервер», относятся к категории приложений. К инфокоммуникационным услугам, прежде всего, следует отнести услуги мультимедиа.

В соответствии с Рекомендациями ITU-T, услуги мультимедиа делятся на:

- мультимедиа конференции (Multimedia Conference services);

- сбора и накопления информации мультимедиа (Multimedia collection services);

- диалоговые (Conversational services);

- передачи сообщ ений (Message services);

- выборки информации (Retrieval services);

- распределения (Distribution services) с индивидуальным управлением процессом предоставления информации со стороны пользователя и без такого управления.

На начальном этапе создания и эксплуатации мультисервисной сети основной услугой, предоставляемой пользователям, будет ш ирокополосный доступ к Internet и связанные с ним услуги Web и FTP хостинга. Вместе с тем, по мере развития мультисервисной сети, получат распространение и другие услуги, такие как организация виртуальных частных сетей (VPN), IP-телефония, электронная коммерция, услуги службы универсальных сообщ ений (Unified messaging), дополнительные телефонные линии поверх ADSL, видео/аудио по запросу, интерактивные игры, видеоконференцсвязь, телемедицина, телеобучение.

Например, на начальном этапе оператор сети может предоставлять следующ ий набор мультимедийных услуг:

трансляция программ ТВ и радио;

услуги по запросу;

услуги доступа к Internet;

информационные услуги.

Абонентским устройством для доступа к мультимедийным у слугам является Set-top Box (STB) – шлюз между IP сетью и телевизором абонента. Шлюз обеспечивает отображение на экране видео с разрешением (Video resolution): 720x576 (576 SD); 1280x720 (720 HD), 1920x1088 (1080 HD), соотношением размера кадра (Aspect Ratio):

4х3, 16х9.

Платформа предоставления мультимедийных услуг обеспечивает:

защ иту содержания информации пользователя (content) от несанкционированного доступа/копирования, соблюдения авторских прав;

интерфейс пользователя для осущ ествления доступа к мультимедиа услугам;

поддержку абонентских декодеров, персональных компьютеров (ПК) и других абонентских устройств;

подготовку, хранение и распределение контента, управление потоками мультимедийных данных;

сбор и анализ статистики потребления мультимедиа услуг:

- передача информации об объемах потребления услуг пользователем;

- передача информации о количестве операций, совершенных - передача информации об операциях с контентом во внешнюю автоматизированную систему расчетов;

- обеспечение возможности тарификации мультимедиа услуг;

обслуживание пользователей мультимедиа услуг;

контроль качества предоставляемых услуг на всех этапах формирования услуг, а также транспортной инфраструктуры.

Трансляция программ ТВ и радио Услуга представляет собой трансляцию набора телевизионных и радиопрограмм в цифровой форме. В качестве транслируемых телеканалов могут выступать эфирные ТВ и радио каналы, коммерческие каналы российского производства, а также общ енациональные и коммерческие каналы иностранного производства, имеющ ие лицензию на вещ ание на территории РФ. В качестве транслируемых радио к аналов могут выступать радио каналы московского FM диапазона, коммерческие радио пакеты, коммерческие и общ енациональные радио каналы иностранного производства, имеющ ие лицензию на вещ ание на территории РФ.

Услуга трансляции программ ТВ и радио должна обладать следующ ими характеристиками:

высокое и стабильное качество изображения, не зависящ ее от условий приема;

многоканальное (моно, стерео, цифровая техника) звуковое с опровождение (зависит от вещ ателя канала). Пользователь должен иметь возможность выбирать конфигурацию звуковых каналов (моно, стерео) по собственному усмотрению;

многоязыковое звуковое сопровождение (зависит от вещ ателя канала). Пользователь должен иметь возможность выбирать интересующ ий его язык по собственному усмотрению.

Для предоставления услуги потребителю необходимы телепорт и головная станция приема и подготовки теле- и радиопрограмм, обеспечивающ их: прием, дешифрацию (дескремблирование), кодирование, разделение каналов и адаптацию к сетям доступа эфирных, спутниковых и т.п. телевизионных и радио каналов с требуемыми параметрами качества.

Для разграничения доступа абонентов к ус лугам трансляции ТВ и радиоканалов необходимо наличие системы условного доступа, обеспечивающ ей:

кодирование потоков видео и аудио с головной станции по способу «на лету»;

аутентификация абонентских устройств;

интеграция с другими компонентами платформы предоставления мультимедийных услуг (ПП-МУ), а также обмен данными с информационными системами (OSS/BSS).

Услуга по запросу Услуга предоставляет пользователю возможность осущ ествлять выбор из заданного количества видеопрограмм с последующ им их просмотром. В качестве видеопрограмм могут выступать фильмы, телевизионные программы, спортивные трансляции, телешоу и т.п.

Главным отличием от других услуг является возможность индивидуального выбора видеопрограммы для просмотра и индивидуального управления просмотром. Оплата услуги может производиться как на основе факта просмотра, так и на основе времени просмотра. Возможна оплата услуги по подписке с ограничением количества возможных просмотров.

Услуга должна предоставляться на базе технологии «Видео по запросу» и обеспечивать следующ ую функциональность:

«Видеотека»/«Аудиотека» доступ к видеоконтенту/аудиоконтенту, выбранная видео/аудио программа транслируется персонально для пользователя, и он может управлять трансляцией в режиме, аналогичном стандартному управлению видеомагнитофоном/музыкальным центром (Play, Stop, Rev, Frw, Pause). Выбор программы может осущ ествляться по различным параметрам (по жанру, по артисту, по режиссеру, по названию и т.п.). Доступ к услуге может быть как постоянным (оплата за факт просмотра), так и ограниченным по времени («Видео по запросу» по подписке);

«Сетевой видеомагнитофон» (nPVR) пользователь получает возможность заранее указать, просмотр какой телевизионной передачи он хочет перенести, и система автоматически запишет эту программу. В дальнейшем абонент может просмотреть эту телевизионную передачу в любое удобное для себя время. В процессе просмотра пользователь может управлять просмотром в режиме, аналогичном стандартному управлению видеомагнитофоном (Play, Stop, Rev, Frw, Pause).

Система предоставления услуг «по запросу» должна поддерж ивать работу с контентом в следующ их форматах:

MPEG-2 (ISO-13818) с разрешением кадра SD и HD (1280х (720HD), 1920x1088 1080HD);

MPEG-4.10 (H.264, ISO-14496-10) SD и HD (1280х720 (720HD), AAC (ISO-14496-3).

Доступ к Internet и информационные услуги Данный тип услуг позволяет пользователю получить доступ к Internet, электронной почте, телеконференциям (чат, форум), локальным информационно-справочным ресурсам (Walled garden), используя в качестве терминала домашний телевизор.

Информационные услуги и услуги Internet должны обеспечивать:

возможность доступа к ресурсам Internet без использования персонального компьютера. В качестве терминала используется телевизионная приставка (Set-top Box, STB). При использовании данной услуги на экране STB отображает выбранный пользов ателем ресурс Internet. Пользователь имеет возможность перемещ аться по Internet от одного ресурса к другому и осущ ествлять его просмотр;

прием, редактирование и передачу обычных электронных сообщ ений (e-mail). Подписавшись на данную услугу, пользователь активизирует индивидуальный электронный почтовый ящ ик. Используя STB вместо компьютера и инфракрасную (беспроводную) клавиатуру, пользователь осущ ествляет все операции со своим электронным ящ иком. Сущ ествует единственное ограничение - на использование вложений в электронные письма;

возможность обмениваться в реальном режиме времени текстовыми сообщ ениями в рамках тематических объединений пользователей. Такие тематические объединения пользователей могут создаваться, как для обсуждения конкретных телевизионных передач во время их трансляции, так и для обсуждения постоянных тем (автомобили, увлечения, воспитание детей, взаимоотношения с административными органами и т.п.);

доступ к набору локальных информационных ресурсов. Данные ресурсы адаптированы для просмотра на телевизионном экране и позволяют абоненту получать необходимую ему информацию без поиска ее в Internet;

доступ к электронной программе передач (EPG), позволяя получать информацию о расписании вещ ания телепрограмм;

получение справочной информации (адресно-телефонный справочник, расписание работы организаций, расписание автобусов, поездов, аэропортов, афиши театров, кинотеатров и других развлекательных мероприятий, курсы валют, погода и т.д.);

доступ абоненту к системе управления услугами пользователя.

Данный тип услуг предоставляет пользователю доступ к набору игр, используя только STB и телевизор. Управление может осущ ествляться, как при помощ и пульта ДУ, так и при помощ и инфракрасной клавиатуры или джойстика, подключаемого по интерфейсу USB.

Служба игр должна предоставлять пользователю возможность д оступа к играм не интерактивным и интерактивным (многопользовательским), реализованным с помощ ью технологий Macromedia Flash и Java.

Доступ к играм обеспечивается путем выхода на адаптированный для просмотра на STB игровой портал через интерфейс middleware.

Телематические услуги Телематические услуги (услуги службы дистанционной обработки данных) предоставляются с помощ ью интегрированных средств передачи и обработки информации (таблица 1.5).

Таблица 1.5. Телематические услуги NGN Предоставление Доступ к Internet со скоростью передачи данных, зав исящей от доступа к Inter- в ыбранного клиентом тарифного плана, в арьируется до Мбит/с. Основ ной показатель услуги - непрерыв ность дост упа.

net Доступ к ло- Услуга подразумевает предостав ление доступа к группе пользов ателей на скорости до 100 Мбит/с в рамках протокола IP. Вх окальной сети Мбит/с. Клиент получает доступ к персональным ресурсам (серв ерам) локальной сети компании, содержащим разнообразный сетев ой контент, создав аемый и поддержив аемый силами абонентов компании.

Услуга подразумев ает предостав ление Абоненту электронного Почтовый ящик почтов ого ящика в легко запоминаемых доменах в торого уров ня.

Основ ным требов анием яв ляется сохранность данных перс ональных почтовых ящиков, что обеспечивается зеркалиров анием носителей, содержащих указанные данные. Объем почтов ого Основ ным требованием к услуге яв ляется высокая степень защиИндивидуальное дисковое пространство Регулируемая публичная зона представ ляет собой файлов ые Регулируемая серв еры, расположенные на различных сегментах сети, на кот опубличная зона рых пользов атели могут размещать для других пользов ателей общедоступную информацию по определенным прав илам. Отв етств енность за содержание в озлагается на Абонента.

Услуга предоставляется в одном пакете с доступом к центральФайлообмен в ной зоне VIP-контента и представ ляет собой поисков ую систему локальной сети в нутренних ресурсов сети (ftp-серверы и открытые ресурсы пользов ателей) с удобным web-интерфейсом; дает возможность легко Таблица 1.5. Телематические услуги NGN (продолж ение) Услуга обеспечив ает доступ любого компьютера, подключенного Виртуальный (Mailman), альтернативное имя (alias), ав тоотв етчик, группы, Функции СУБД (MySQL, PostgreSQL, phpMyAdmin, phpPgAdmin, режим нескольких пользов ателей/БД) DNS серв ис (в едение первичной/вторичной зоны, организация ограничения трафика, ограничение полосы пропускания в реальном в ремени. Услуга обеспечивает многоязыковую поддержку, firewall, java, шаблоны для сайтов, резервное копирование.

Услуга, яв ляющаяся частью услуги в иртуального хостинга, Домашняя страничка або- доступ любому компьютеру, подключенному к Интернет;

нента (персо- минимальный набор функциональных в озможностей, поднальный сайт держку php, MySql;

абонента) Услуги беззащита «Почтов ого ящика» от в ирусов и спама;

опасности предоставления удаленная диагностика компьютера на наличие в ирусов и доступа к Inter- уязв имостей;

net размещение серв еров обновления безопасности в центральной зоне VIP-контента;

ограничений посещаемости ресурсов сети компании и Интернет.

Таблица 1.5. Телематические услуги NGN (продолж ение) Услуга обеспечив ает многоязыковой интерфейс и характеризуется Услуги персоследующим набором функций:

нальных комобмен короткими (мгновенными) сообщениями между пользов амуникаций телями сети, обмен текстовыми, голосов ыми сообщениями, обмен в идеосообщениями, обмен ссылками на телев изионный контент (канал, в идео-файл), доступный на платформе предостав ления мультимедийных услуг, на Интернет контент ( URL), конференцсв язь между более чем 2-мя собеседниками. Управ ляется в ладельцем конференции (лицом, иницииров ав шим конференцию).

в озможность устанавливать собств енные статусы, обуслав лив ающие доступность пользов ателя для приема в ходящих сообщений и в ызов ов от других пользов ателей (аналог ICQ [I see в озможность проведения видео-чата между дв умя абонентами в Данная услуга предполагает наличие каталога ссылок для пользоМедиапортал в ателей, позв оляющих им легче ориентироваться в ресурсах И нкаталог ре- тернет. Характеризуется наличием тематического рубрикатора с сурсов) в озможностью поиска ресурсов.

Услуга позв оляет объединить несколько офисов, подключенных к IP VPN сети Компании, в единую защищенную корпоратив ную сеть с собств енной внутренней IP-адресацией. Обеспечив ает минимум три класса услуг (стандартный, дополнительный (premium), реального Услуга предоставляет в озможность объединения нескольких офиL2 VPN сов, подключенных к сети Компании, в единую защищенную корпоратив ную сеть по технологии Ethernet.

Многообразие услуг NGN, полученных благодаря сочетанию свойств основной тройки (голос, данные, видео), показано на рису нке 1.8.

Под iTV (Interactive Television) понимают интерактивное телевидение, обеспечивающ ее интерактивны режим выбора канала или программы. Для ее реализации между абонентом и телевизионной станцией организуется двусторонний канал.

VideoComm (Video Communication) – это видеотелефонная связь во время прямой трансляции телевизионной программы, с овместное видео и фото, видеоконференция во время прямой трансляции программы.

VoIP – это компьютерная телефония (PC telephony), видеотелефония (TV telephony), дополнительные линии (Additional lines (teen line)).

Triple Experience – тройной опыт, обмен информацией поверх TVпрограмм, многотерминальные игры, внесение в список пропущ енного вызова во время телевизионного сеанса.

5. iTV (интерактивное телевидение): 6. VideoComm:

время шоу (in-show voting) по телевидению (SMS-to-TV) • видео почта (TVmail) 4. VoIP:

lephony) Рисунок 1.8. Многообразие услуг, полученных благодаря сочетанию свойств основной тройки (голос, данные, видео) Что означает термин «масштабирование телекоммуникационной технологии»?

Что означает термин «агрегирование», применяемый по отношению к информационным потокам в сети?

Укажите возможности, которые реализуются благодаря установлению виртуальных соединений в сетях с технологиями Что является наиболее сильной стороной технологии ATM, по сравнению с другими технологиями доставки информации в мультисервисной сети.

Является ли механизм дифференцированного обслуживания (DiffServ) ориентированным на работу с несколькими агрегированными классами сетевого трафика или с отдельными пользовательскими соединениями?

Является ли достоинством технологии MPLS способность использовать практически любой формат кадров сущ ествующ их технологий второго уровня ATM, Frame Relay, PPP, Ethernet?

Укажите тип сети, в которой функции создания и управления предоставлением услуг и приложений отделены от функций управления вызовом и ресурсами коммутации и транспортировки данных.

Что понимают под термином Глобальная Информационная Инфраструктура (Global Information Infrastructure, GII)?

Дайте определение инфокоммуникационных услуг.

Какие требования предъявляются к инфокоммуникационным 10.

Какие требования предъявляются к перспективным сетям 11.

Сформулируйте определение термина услуга в терминологии 12.

Глобальной Информационной Инфраструктуры.

Приведите примеры типичных приложений, используемых в 13.

Глобальной Информационной Инфраструктуре.

Сформулируйте три основных принципа, следование которым 14.

позволит строить сети следующ его поколения (NGN).

Какими атрибутами характеризуются услуги переноса (доставки) информации?

Каковы особенности, отличающ ие инфокоммуникационные 16.

услуги от услуг электросвязи?

1. www.minsvjaz.ru 2. ITU-T Recommendation Y.100 (06/98) General overview of the Global Information Infrastructure standards development 3. ITU-T Recommendation Y.110 (06/98) Global Information Infrastructure principles and framework architecture 4. Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России. – Документ Министерства РФ по связи и информатизации. 2001 г.

5. Васильев А.Б., Соловьев С.П., Кучерявый А.Е. Системносетевые решения по внедрению технологии NGN на российских сетях связи/ Электросвязь. 2005. - № 6. Мардер Н.С. Некоторые «подводные камни» регулирования сетей NGN/ Электросвязь. 2005. - № 7. Мардер Н.С. Вопросы терминологии/ Электросвязь. 2006. Пинчук А.В., Соколов Н.А. Прагматическая концепция перехода к NGN/ Электросвязь. 2006. - № 9. Кучерявый А.Е., Цуприков А.Л. Сети связи следующ его поколения. – М.: ФГУП ЦНИИС. 2006. 278 с.

10. Филимонов А.Ю. Построение мультисервисніх сетей Ethernet. – С.-Петербург, БХВ-Петербу рг. 2007. 277 с.

11. РТМ «Системно-сетевые решения развития инфокоммуникационных сетей межрегиональных компаний связи и ОАО Ростелеком как составных частей ВСС России, на перспективу до 2007 г.»

Глава 2 Трафик мультисервисных сетей 2.1 Атрибуты трафика Одно из основных понятий в описании широкополосных сетей скорость передачи службы. В рекомендациях ITU-T она определяется как скорость переда информации, доступная пользователю данной службы. Все службы делятся на две гру ппы:

• с постоянной скоростью передачи (ПСП);

• с изменяющ ейся скоростью передачи (ИСП).

Если источник генерирует информацию с ИСП, то скорость передачи может характеризоваться пиковой (Vп) и средней (Vс) велич инами.

Источники, генерирующ ие информацию с изменяющ ейся скоростью, характеризуют коэффициентом пачечности Кп = Vп/Vс и средней длительностью пика Tп. Пиковая, средняя скорость и коэффициент пачечности источников характеризуют конкретную службу, хотя стохастические процессы от сеанса к сеансу могут отличаться.

Если канал использует источник некоторой службы, генерирующ ий информацию с изменяющ ейся скоростью, то в моменты, когда ск орость источника V(t) превышает скорость канала V max, качество обслуживания снижается.

Источник информации мультисервисной сети характеризуется двумя группами параметров трафика. К первой группе относятся:

- интенсивность поступающ его от пользователя потока требований - средняя длительность сеанса Тс, с;

- удельная нагрузка источника а у д, Эрл.

Вторая группа параметров характеризует собственно терминал пользователя (Рекомендация I.311 Белой книги ITU-T):

- средняя (битовая) скорость передачи Vс;

- пиковая скорость передачи Vп;

- коэффициент пачечности Кп = Vп / Vс.

Конкретная система передачи (СП) всегда характеризуется макс имально допустимой скоростью передачи информации V max. Если эту СП использует источник некоторой службы, генерирующ ий информацию с изменяющ ейся скоростью, то в моменты превышения V(t) значения V max качество обслуживания снижается. Если источник генерирует информацию с изменяющ ейся скоростью, как это показано на рисунке 2.1, то скорость передачи может характеризоваться пиковой (Vп) и средней (V с ) величинами.

Ряд известных служб относят к службам с ПСП (не используется статистическое мультиплексирование, паузы при передаче не обнаруживаются):

• обычная телефония, • цветной факс, • передача файлов.

Службы с ИСП делят на две группы:

• стартстопного типа;

• непрерывного типа.

Во время сеанса стартстопной службы наблюдаются периоды активности и паузы, что характерно для информационно-поисковых систем, например, поиск документов, поиск видео. Скорость передачи источников таких служб меняется скачком от нуля до V п.

Во время сеанса службы с ИСП скорость передачи может меняться плавно (рисунок 2.2), что характерно, например, для цифровой телефонии с использованием статистического код ирования (АДИКМ).

V(t) Рисунок 2.1. Характерис тика скорости источника канал i канал i+1 канал i+2 канал i+3 канал i+ Рисунок 2.2. Плавное изменение скорости при использовании статистического кодирования 2.2 Фрактальный (самоподобный) трафик мультисервисных Понятие фрактал было впервые введено Бенуа Мандельбротом в 1975 году. Слово образовано от латинского слова fractus – состоящ ий из фрагментов. С математической точки зрения фрактальный объект, прежде всего, обладает дробной (нецелой) размерностью.

Известно, что точка имеет размерность, равную нулю. Отрезок прямой и окружность, характеризующ иеся протяженностью (длиной), имеют размерность, равную единице. Круг и сфера, характеризу ющ иеся площ адью, имеют размерность два. Для описания множества с размерностью 1.5 требуется нечто среднее между длиной и площ адью.

Другое важное свойство, которым обладают почти все фракталы – свойство самоподобия (масштабная инвариантность). Фрактал можно разбить на сколь угодно малые части так, что каждая часть окажется просто уменьшенной частью целого. Другими словами, если посмотреть на фрактал в микроскоп, то мы увидим ту же самую картинку, что и без микроскопа. Природа создавала фракталы на протяжении миллионов лет. Фактически большинство объектов в природе – не круги, квадраты или линии. Природные объекты суть фракталы, и создание этих фракталов обычно определяется уравнениями хаоса. Хаос и фрактальная красота представляют природу реальности.

Поэтому применение аппарата теории нелинейной динамики (теории хаоса) для исследования самоподобного телетрафика представляется также достаточно перспективным направлением и разумным развитием идей фрактальности трафика. Термин хаос подразумевает под собой словосочетание детерминированный хаос, однако в разговорной речи слово детерминированный часто опускается. В последнее время работ в данной области появляется все больше [1, 2].

В отличие от детерминированных фракталов, стохастические фрактальные процессы, как правило, описываются масштабной инв ариантностью (самоподобием) статистических характеристик второго порядка (корреляционной функции, спектральной плотности, дисперсии) свойство неизменности коэффициента корреляции при масштабировании. Как раз с такими стохастическими фракталами имеют дело при изучении характеристик сетевого трафика. В этой связи в литературе понятия фрактального и самоподобного телетрафика часто используются как синонимы.

Впервые о самоподобном телетрафике заговорили с момента его открытия в 1993 году группой ученых W. Leland, M. Taqqu, W. Willinger и D. Wilson [3], которые исследовали Ethernet-трафик в сети корпорации Bellcore и обнаружили, что на больших масштабах он обладает свойством самоподобия, то есть выглядит качественно одинаково при любых (достаточно больших) масштабах временной оси. При этом оказалось, что в условиях самоподобного трафика методы расчета компьютерной сети (пропускной способности каналов, емкости буферов и пр.), основанные на Марковских моделях и формулах Эрланга, которые с успехом используются при проектировании телефонных сетей, дают неоправданно оптимистические решения и приводят к недооценке нагрузки [4].

Самоподобный процесс выглядит менее сглаженным, более неравномерным (то есть обладает большей дисперсией), чем чисто случайный процесс. Неравномерность самоподобного процесса видна на рисунок 2.3.

Различие между компьютерной и телефонной сетями следует понимать в следующ ем смысле: исторически сложилось так, что телефонные сети изначально строились с использованием принципа коммутации каналов. Характеристики трафика в этих сетях были хорошо изучены, а также разработаны методики расчетов, позволявшие получать результаты, хорошо совпадавшие с реальными значениями пропускной способности пучков каналов.

Рисунок 2.3. Временные реализации реального сетевого (с амоподобного) трафика (слева) и традиционной не самоподобной (пуассоновской) модели телетрафика (справа) при различных масштабах временной оси [5]. Сверху вниз масштаб В основу компьютерных сетей, как правило, был положен принцип коммутации пакетов, а методики расчетов остались практически теми же, что и привело к возникновению проблемы, связанной с неадекватностью результатов расчета нагрузки и реальной нагрузки. В настоящ ее время все большее распространение получают способы передачи речевой, мультимедийной и сигнальной информации по с етям с коммутацией пакетов [1], трафик которых характеризуется свойством самоподобия.

Свойство самоподобия сетевого трафика Для того чтобы представить себе особенности, возникающ ие в реальной сети вследствие эффекта самоподобия, рассмотрим механизм статического мультиплексирования информационных потоков. Алгоритм статического мультиплексирования потоков широко используется в компьютерных сетях, поскольку позволяет относ ительно экономно использовать пропускную способность магистральных к аналов. Рассмотрим простейший пример передачи информации многих источников по одному магистральному каналу. В принципе, можно закрепить за каждым из источников определенную часть ресурса м агистрального канала (например, свою полосу частот). В этом случае каждый источник может использовать только ту часть ресу рса, которая ему отведена (рисунок 2.4, слева).

Другой способ передачи, называемый статистическим мультиплексированием, состоит в том, что потоки отдельных источников складываются (агрегируются) в магистральном канале с экономией пропускной способности dС (рисунок 2.4, справа).

Рисунок 2.4. Сравнение использования сетевых ресурсов при статическом (слева) и статистическом (справа) мультиплексировании потоков Слева на рисунке 2.4 показаны потоки трех отдельных источников при жестком разделении полосы магистрали (статическое мультиплексирование) между ними. Справа – потоки тех же источников в магистральном канале при работе алгоритма статистического мультиплексирования. При этом достигается выигрыш в полосе dC.

Рассмотрим вариант статистического мультиплексирования более подробно. Допустим, имеются n отдельных (парциальных) источников.

и дисперсии Тогда, при условии независимости и одинаковом распределении 1, 2,..., n, коэффициент вариации результирующ его процесса в магистральном канале:

Как видно из (2.1), коэффициент вариации представляет собой отношение среднеквадратического отклонения процесса () к его среднему (M). В данном случае коэффициент вариации отражает степень сглаживания результирующ его процесса при увеличении количества мультиплексируемых парциальных процессов.

Рисунок 2.5. Схема статистического мультиплексирования Эффект сглаживания процесса при росте n достигается благодаря более быстрому росту среднего (M) процесса, по сравнению с его среднеквадратическим отклонением (). Принципиальным является то, что среднее (M) сравнивается с, а не с дисперсией. Это делается для получения безразмерной оценки степени сглаженности (коэффициента вариации в данном случае).

Более того, в соответствии с центральной предельной теоремой (ЦПТ) теории вероятностей при увеличении n должна также происходить нормализация процесса.

Нужно отметить, что сглаживание происходит независимо от степени самоподобия парциальных потоков. Другими словами, процесс в магистральном канале настолько является самоподобным, насколько парциальные потоки обладают свойством самоподобия, но при этом он является более сглаженным.

Однако на практике чащ е всего ресурсы магистрального канала (полоса, буферы коммутаторов, маршрутизаторов) много меньше, чем суммарная потенциальная интенсивность мультиплексируемых процессов, что определяет эффективность системы [7]. Как результат – парциальные потоки при сложении, например, в буфере ограниченного объема, теряют независимость.

Эксперименты показали, что при n=60 (и при работе широко распространенной реализации протокола TCP) реально измеренное значение cov( ) больше рассчитанного по формуле (2.1) на 300%.

Типичный вид агрегированного сетевого трафика показан на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 Усредненная по блокам длины m = 1 с Каждая точка на данном графике представляет собой количество октетов, переданных в магистральном канале за интервал времени в 1 секунду. Длительность реализации составляет 3000 точек или минут. Коэффициент Хрста соответствует примерно 0.8. Как видно из рисунка, процесс имеет высокую изменчивость (поскольку подч иняется распределению с тяжелым хвостом) и его вряд ли можно назвать сглаженным. Для того чтобы передать такой поток пакетов без потерь, пропускная способность канала должна соответствовать уровню пиковых выбросов, то есть в данном случае должна быть не менее 1,410 бит/c. Пропускная способность будет расходоваться неэффективно, поскольку средняя скорость потока весьма невелика.

Для управления интенсивностью передаваемых по сети потоков данных компания Cisco Systems в настоящ ее время рекомендует использовать механизмы формирования трафика (Traffic Shaping, TS) и защ иты трафика (Traffic Policing, TP) [8].

Суть этих алгоритмов, заключается в следующ ем:

с помощ ью алгоритма TS обеспечивается сглаживание трафика и пересылка пакетов потока с постоянной интенсивностью (с огласованной скоростью передачи) путем постановки в очередь (буферизации) пакетов, интенсивность приема которых превысила среднее значение;

механизм TP, в свою очередь, просто отбрасывает пакеты, интенсивность которых выше согласованной скорости перед ачи.

С одной стороны, так как TS не допускает отбрасывания пакетов, это делает его привлекательным для управления передачей информации реального времени (голос, реальное видео). С другой стороны, TS вносит задержки, связанные с буферизацией, что отрицательно сказывается на характеристиках трафика реального времени.

С момента открытия свойства самоподобия сетевого трафика появилось много работ, посвящ енных предсказанию интенсивности трафика. Возможность прогнозов трафика обязана свойству длительной памяти процессов и теоретически должна обеспечить повышение коэффициента использования канала и общ ей эффективности телекоммуникационных систем (рисунок 2.7).

Прогнозирование телетрафика играет значительную роль при разработке алгоритмов работы сети, повышающ их качество доставки информации. Операторы и провайдеры телекоммуникационных услуг, например, заинтересованы в возможностях долгосрочного прогнозирования загрузки собственной сети для планирования ее своевременного развития.

Дадим определения строго и асимптотически самоподобных в широком смысле случайных процессов дискретного аргумента и укажем их связь с самоподобными процессами в узком смысле и с процессами с медленно убывающей зависимостью. Следует заметить, что теория самоподобного телетрафика проходит относительно раннюю стадию своего развития, по этой причине сущ ествуют некоторые различия в терминологии и даже в определениях.

Рисунок 2.7. Возможный вариант работы алгоритма прогнозирования сетевого трафика (traffic-prediction) Допустим, что процесс Х имеет автокорреляционную функцию следующ его вида: