CC BY
45
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА наа мультисервисные сети связи
на ..•••
Н
Единая пакетная сеть для всех поколений мобильной связи
По данным исследования компании Обсо «Прогноз развития мирового мобильного трафика на 2010-2015 годы», мировой объем мобильного трафика к 2015 г. увеличится в 2б раз, то есть до уровня 6,3 эксабайта в месяц. При этом доля мобильного видео в общем объеме мобильного трафика составит 66%. С 2010 г. по 2015 г. эта доля вырастет в 35 раз, демонстрируя самые высокие темпы роста среди всех мобильных приложений. Это будет возможно во многом благодаря возросшим скоростям мобильных соединений, которые обеспечиваются технологиями, применяемыми в сети радиодоступа и в пакетной сети операторов. Что предлагает компания Обсо для оптимизации сетей радиодоступа?
Александр
ФЕЛИЖАНКО,
системный инженер-консультант компании Cisco
п
ричинами столь бурного роста станут стремительное распространение мощных мобильных Интернет-устройств с удобным пользовательским интерфейсом, новые тарифные планы, призванные стимулировать все более широкое использование Интернет с мобильных устройств, повсеместная доступность через мобильную сеть популярных Интернет-ресурсов, таких как социальные сети, сервисы вещания и распространения видео (YouTube, Netflix, Flickr и др.), и возросшие скорости мобильных соединений. Так, в 2010 г., по сравнению с предыдущим годом, средняя скорость мобильного соединения удвоилась, а к 2015 г. прогнозируется ее рост в 10 раз. Все более высокие скорости мобильных соединений обеспечиваются технологиями, которые применяются в сети радиодоступа и в пакетной сети операторов мобильной связи и которые, в свою очередь, сами непрерывно развиваются.
Еще не забыта передача данных через сеть GSM на скорости 9,6 кбит/с. По мере эволюции сетей GSM и с внедрением GPRS (поколение 2,5G), EDGE (условно называемое поколением 2,75G) и e-EDGE скорости передачи данных в сторону мобильного терминала возросли до 1,2 Мбит/с.
С появлением сетей 3G и стандартов HSPA и HSPA+ скорости еще более выросли и в теории достигли 42 Мбит/с и даже 84 Мбит/с. В реальной жизни скорости заметно ниже. В первой в мире коммерческой сети HSPA+, запущенной в эксплуатацию австралийским оператором Telstra в начале 2009 г., скорость загрузки не превышала 21 Мбит/с, сейчас на сдвоенном канале она состав-
ляет 42 Мбит/с. В сетях HSPA+ операторов T-Mobile и AT&T в США средняя скорость составляет от 6 до 10 Мбит/с, хотя некоторые удачливые абоненты говорят о загрузке файлов на скорости 25 Мбит/с. Последующие релизы HSPA+ обещают до 168 и даже до 672 Мбит/с в спецификациях 3GPP Release 11.
Параллельно развивалась технология беспроводного доступа WiMAX с теоретической скоростью передачи данных до 40 Мбит/с. Появление стандарта IEEE 802.16e сделало WiMAX по-настоящему мобильным. Мобильные абоненты сети Sprint Mobile WiMAX говорят о средней скорости загрузки 5-10 Мбит/с. Несмотря на то что обновление стандарта IEEE 802.16m обещает в будущем до 1 Гбит/с для фиксированного доступа и до 100 Мбит/с для мобильных пользователей, многие крупнейшие операторы сетей WiMAX, например, упомянутый выше Sprint, публично объявили о возможном отказе от WiMAX и переходе на технологию LTE (Long Term Evolution). Другие же операторы, и в их числе отечественный «Скартел» (сеть Yota), уже активно инвестируют в сеть LTE и строят ее фрагменты.
Технология LTE, специфицированная в документах 3GPP Release 8, опять же в теории, обеспечивает пиковую скорость передачи данных до 100 Мбит/с и уровень двусторонней задержки в сети радиодоступа менее 10 мс, что позволяет использовать сеть LTE не только для передачи данных (ПД), но и для передачи голоса поверх сети ПД.
Первая в мире коммерческая сеть LTE, развернутая TeliaSonera в Стокгольме и Осло в декабре 2009 г. (а теперь и в Дании, Узбекистане и Финляндии), по некоторым оценкам обеспечивает в сред-
нем 33,4 Мбит/с в сторону терминала и 12,7 Мбит/с в сторону сети. Всего через три месяца после запуска в эксплуатацию оператор объявил о планах модернизации сети для поддержки теоретического максимума в 100 Мбит/с.
Запущенная в эксплуатацию в декабре 2010 г. сеть LTE оператора Verizon Wireless в США, охватывающая 38 крупных городов вместе с их окрестностями и 60 коммерческих аэропортов, обеспечивает от 5 до 12 Мбит/с в сторону терминала и от 2 до 5 Мбит/с в сторону сети (в отличие от TeliaSonera, в ней используется вдвое меньшая полоса 20 МГц). Эта сеть стремительно развивается. В феврале оператор объявил о вводе в эксплуатацию участка сети LTE в Детройте и десятках прилегающих к нему средних и небольших городов. В планах оператора к середине 2012 г. охватить две трети населения США, а к концу 2013 г. - завершить строительство сети на всей территории страны от западного побережья до восточного побережья, то есть всюду, где в настоящее время у оператора работает сеть 3G. Любопытно, что 11 февраля 2011 г. Verizon было объявлено о первом в истории голосовом звонке через коммерческую сеть LTE и перспективах широкого предоставления абонентам голосовых услуг в 2012 г.
В декабре 2010 г. Vodafone в Германии запустил в эксплуатацию сеть LTE с различными тарифными планами для скоростей 7,2, 21 и 50 Мбит/с. Подобные примеры множатся день ото дня. По данным международной ассоциации GSA, которая представляет ведущих мировых поставщиков оборудования и компонентов для сетей мобильной связи, в мире запущено в эксплуатацию 17 сетей LTE,
Зб
ВЄКІ КАЧЕСТВА № 2 • 2011
МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
Ч НЕ Ч G
180 операторов в 70 странах инвестируют в LTE и к концу 2012 г. в эксплуатации будет 64 сети LTE. На рынке абонентского оборудования с поддержкой LTE насчитывается уже свыше 60 устройств от разных производителей, включая планшеты, ноутбуки, карты для персональных компьютеров, телефоны и смартфоны, маршрутизаторы, USB-модемы и модули, встраиваемые в различную технику. В отчете GSA, опубликованном в январе 2011 г., особо подчеркивается, что LTE является наиболее быстро развивающейся технологией за всю историю мобильных коммуникаций.
Что дальше?
Развитие LTE - новая версия стандарта под названием LTE Advanced, работа над которым в марте 2011 г. в 3GPP замораживается (для добавления новой функциональности) в спецификациях Release 10, будет удовлетворять требованиям сектора радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ-Р) к сетям 4G или даже превышать их. Сеть LTE Advanced будет обеспечивать требуемую МСЭ-Р пиковую скорость 1 Гбит/с. Несмотря на то что ни одна из упомянутых выше передовых технологий (за ис-
ключением LTE Advanced) формально не может быть отнесена к 4G, все операторы сетей HSPA+, WiMAX и LTE активно рекламируют их именно как сети четвертого поколения. И осуждать их за это трудно, ведь обеспечиваемые на порядок большие по сравнению с 3G скорости передачи данных - это действительно гигантский шаг вперед.
Все, о чем говорилось выше, касалось преимущественно развития радиодоступа. Однако с ним неразрывно связано развитие той составляющей сети, которая обеспечивает мобильность абонентов и собственно обмен информацией между абонентскими устройствами и ресурсами внешних пакетных сетей, в частности, Интернета. В спецификациях 3GPP Release 8 по LTE эта составляющая называется Evolved Packet Core (EPC), или пакетное ядро, полностью основанное на протоколе IP. По своему назначению это аналог сети GPRS, но с несколько отличными от GPRS функциональными компонентами. К ключевым компонентам EPC относятся:
^ Mobility Management Entity (MME) -узел управления мобильностью абонентских устройств (User Equipment - UE). Среди его основ-
ных функций - обработка сигнальных сообщений от базовых станций LTE (так называемых eNodeB), поддержка мобильности UE в режиме экономии потребляемой мощности, аутентификация UE, выбор SGW и PGW для терминации канала передачи данных конкретной сессии. По своему назначению MME схож с узлом поддержки услуг GPRS (SGSN) в части обработки сигнализации и управления;
Serving Gateway (S-GW) - шлюз доступа в EPC, который обслуживает каналы передачи данных абонентских сессий между UE-eNodeB и EPC, маршрутизирует и коммутирует пакеты информации между UE-eNodeB и EPC, а также является точкой привязки каналов пользовательских данных при хэндове-ре UE между eNodeB и между сетями LTE и GPRS в 2G/3G. При отсутствии прямого туннеля между контроллером радиосети 3G (RNC) и шлюзовым узлом поддержки GPRS (GGSN) можно провести аналогию с функциональностью S-GW и SGSN в части обработки пользовательских данных;
ЭЛЕКТРОПИТАЮШЕЕ ОБОША6’вШЙЁ
и ишфшаьсцаш tnuA\i
(Ъ-ti Mi'M'i oft Ijwr•)'/•(•! :f‘ I: I ^ f-l&H
Cu
цщ-а-цацзд
Ш /////// . /////// • • • •• к /////// ] .шш • < J • - Г тЯ
_____ ii.iiiiiiiiitiiiiit ПК >•••>■■11 ■■■■•■•HIHIIHIIIIIIII II - - * ! 1 1 i H ПИ
ОАО ЧО/гЫгЫгельшгЯ Швоа ЧЦ’ШС ЁР&4А
f/4V
*1Ъщм£вязь ДИЗАЙН
ООО (<>ы&
m (ИСХ2 Ш\$Ш)
№ 2 • 2011 век| КАЧЕСТВА
37
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА ааа МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ сети связи
на ..•••
Н
Платформа Cisco ASR 5000
^ PDN Gateway (P-GW) - шлюз во внешние пакетные сети (Packet Data Network), который маршрутизирует и коммутирует пакеты информации между EPC и внешними сетями, назначает IP-адреса абонентскому оборудованию, ведет учет трафика, управляет качеством обслуживания, выполняя фильтрацию пакетов, их маркировку, ограничение полосы пропускания и т.д., а также является точкой привязки каналов пользовательских данных при хэндовере UE между S-GW и сетями 3GPP 2G/3G/ LTE, а также сетями не-3GPP, такими как WiMAX и Wi-Fi. P-GW по своему назначению схож с GGSN в GPRS. В спецификациях 3GPP описаны интерфейсы, которыми компоненты EPC связаны друг с другом, c базовыми станциями eNodeB, с внешними пакетными сетями, а также с другими компонентами сетей 3GPP, такими как: узел SGSN, домашний регистр абонентов HSS (Home Subscriber System), сервер управления политиками и правил тарификации PCRF (Policy Control and Charging Rules Function), система онлайновой тарификации OCS (Online Charging System) и др.
По сравнению с сетями предыдущих поколений архитектура сети LTE значительно упростилась, в ней меньше устройств и интерфейсов. Так, в сети больше не стало контроллеров базовых станций 2G и контроллеров радиосети RNC. Одна часть их функциональности перешла к базовым станциям eNodeB, другая - в компоненты ЕРС, а именно в ММЕ и S-GW. Сами базовые станции фактически превратились в маршрутизаторы IP, они стали более интеллектуальными и начали поддерживать непосредственный хэндовер UE между ними через связывающий их интерфейс. Немаловажным является и тот факт, что архитектура EPC стала универсальной, открытой для других сетей доступа, например, сетей 3GPP 2G/3G через SGSN, сетей не-3GPP (таких как WiMAX, Wi-Fi) и сетей широкополосного фиксированного доступа. При этом между всеми сетями доступа предусмотрен хэндовер.
Как оптимизировать использование сети радиодоступа?
Мы не случайно остановились на двух составляющих сети LTE, которые служат общей цели, но сильно отличаются с точки зрения функциональности
и применяемых технологий. При соответствии спецификациям 3GPP Release 8 не видно никаких технических причин для использования оборудования радиодоступа LTE и оборудования пакетного ядра EPC от одного и того же поставщика. Более того, можно привести доводы в пользу обратного подхода.
До 80% капитальных затрат операторов мобильной связи приходится на сеть радиодоступа. В свою очередь, техническая экспертиза и основной источник доходов поставщиков оборудования радиодоступа, которые они получают от продажи оборудования операторам, лежат именно в этой области. Прежде всего они фокусируются на радио, иногда в ущерб пакетному ядру. В условиях быстро растущих объемов мобильного трафика, в том числе мобильного видео, им зачастую выгоднее предлагать оператору наращивать мощности сети радиодоступа, чем предпринимать меры по оптимизации ее использования другими методами, поскольку такие меры могут снизить их рентабельность.
С независимым пакетным ядром оператор мобильной связи может подходить к выбору поставщика сети радиодоступа гораздо более объективно, принимая во внимание ценовые и качественные показатели только этого оборудования. При этом не приходится мириться с потенциальными недостатками оборудования пакетного ядра того же поставщика. Да и в процессе эксплуатации сети оператор, выбрав разных, ведущих в своем классе, поставщиков, получает дополнительное преимущество, используя экспертизу лучших специалистов в тех или инных областях.
Пакетное ядро компании Cisco не привязано к какой-либо конкретной сети радиодоступа. Принцип Cisco -одна пакетная сеть для любого поколения мобильной связи (One Network, Any G). Компания занимает лидирующее положение в области IP и фокусируется исключительно на пакетном ядре. Она стимулирована на то, чтобы предлагать оператору варианты оптимизации использования сети радиодоступа.
Так что же предлагает компания Cisco в этой сфере? Ее флагманский продукт называется Cisco ASR 5000. Это высокопроизводительная и масштабируемая мультисервисная платформа с показателями надежности операторского класса. Она имеет следующие характеристики:
^ Высочайшая степень доступности платформы - 99,9999%.
^ Резервирование всех компонентов: модулей управления системой, модулей пакетных услуг (PSC), карт
ВЄКІ КАЧЕСТВА № 2 • 201
38
ввода-вывода, внутренних шин и каналов обмена данными между модулями. Замена и установка новых модулей на ходу без прерывания обслуживания.
^ Автоматическое восстановление пользовательских сессий на резервном модуле PSC в том же шасси или на резервном шасси.
^ Уникальная архитектура распределенной обработки. В системе нет выделенных модулей для выполнения определенных функций. Выполнение всех функций равномерно распределено по установленным модулям PSC - единственный тип сервисных модулей для поддержки полной функциональности системы. Производительность и емкость системы наращивается простой установкой дополнительных модулей PSC.
^ Поддержка 4 млн сессий и пропускная способность 30 Гбит/с при глубокой инспекции пакетов всего проходящего трафика с нынешним поколением модулей PSC, с модулями PSC нового поколения (будут доступны уже в этом году) - соответственно 7 млн сессий и 50 Гбит/с. Платформа ASR 5000 имеет богатую функциональность, которую можно сочетать в рамках одного шасси или реализовывать на разных платформах. Основные функции, которые поддерживаются на ASR 5000:
^ ключевые компоненты пакетного ядра EPC сети LTE: MME, S-GW и P-GW;
^ узлы поддержки GPRS в сетях 2,5G/3G: SGSN и GGSN;
^ компоненты 3GPP IMS: Proxy Call Session Control Function (P-CSCF), Interrogating CSCF (I-CSCF), Serving CSCF (S-CSCF), а также SIP Proxy/Registrar в соответствии с IETF RFC 3261;
^ шлюз для обеспечения доступа к пакетному ядру EPC через недоверенные сети Wi-Fi/WiMAX: Evolved Packet Data Gateway (ePDG);
^ шлюз Packet Data Gateway/Tunnel Termination Gateway (PDG/TTG) в сетях 3G: дает возможность предоставления абонентам с двухрежимными устройствами услуги Fixed Mobile Convergence (FMC) через точки доступа Wi-Fi;
^ шлюз сети WiMAX: Access Service Network Gateway (ASN GW), а также домашний (HA) и гостевой (FA) агенты для поддержки мобильности абонентов;
^ шлюзы для обеспечения доступа абонентов к голосовым услугам и услугам передачи данных основной сети мобильной связи через фемто-базовые станции 3G и LTE:
МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
Ч GG Ч G
Home-NodeB Gateway (HNB-GW) и Home-eNodeB Gateway (HeNB-GW); ^ шлюз безопасности с поддержкой туннелей IPSec: Security Gateway (SeGW);
^ шлюз Packet Data Service Node (PDSN), домашний (HA) и гостевой (FA) агенты в сетях CDMA2000;
^ встроенные сервисы, которые могут сопровождать работу большинства из перечисленных выше шлюзов:
- глубокая инспекция пакетов и применение правил к пользовательским сессиям. Позволяет анализировать проходящий трафик и, в конечном счете, персонифицировать услуги, предоставляя разным абонентам различное качество обслуживания и правила тарификации;
- обнаружение одноранговых (peer-to-peer) протоколов в масштабе реального времени и применение к ним тех или иных правил: пропуск или блокирование однорангового трафика, его тарификация, контроль потребляемой полосы пропускания, маркировка TOS. Позволяет применять гибкую политику в отношении наложенного трафика от провайдеров контента и в итоге монетизировать его;
- фильтрация контента на основе анализа URL в запросах HTTP и WAP от мобильных абонентов. Позволяет кон-
тролировать доступ индивидуальных абонентов к тому или иному контенту;
^ встроенная функция управления политиками и правилами тарификации PCRF, а также репозитарий абонентских профилей SPR (Subscription Profile Repository), реализованный на внешнем сервере. Как уже отмечалось, указанную функциональность можно сочетать в рамках одного шасси. С одной стороны, это дает возможность оптимизации использования оборудования. Например, GGSN потребляет больше процессорных ресурсов и меньше памяти, а SGSN - наоборот. При сочетании функциональности SGSN и GGSN в одном шасси достигается максимальное использование обоих ресурсов платформы. С другой стороны, это дает возможность оптимизировать капитальные затраты при построении пакетного ядра для LTE. Оператор может начать с одной платформы ASR 5000, на которой будут реализованы все три компонента EPC (MME, S-GW и P-GW), а по мере роста количества абонентов и объемов трафика переносить отдельные компоненты на другие шасси.
Это открывает также путь для плавной миграции от 2,5G или 3G к LTE. Например, на одной платформе можно вклю-
чить функциональность ММЕ и SGSN, на другой - S-GW, и GGSN и обеспечить одновременную поддержку абонентов 2^, 3G и ЬТЕ с последующей миграцией абонентов 2^ и 3G в сеть ЬТЕ. А включение функциональности М на платформе P-GW даст возможность быстрого предоставления абонентам ЬТЕ и голосовых услуг на основе
Отметим, что свыше 200 операторов более чем в 75 странах сделали свой выбор в пользу С1зоо ASR 5000. С помощью этой платформы операторы мобильной связи могут увеличивать доходы и снижать капитальные затраты и эксплуатационные расходы. В частности, получать дополнительную прибыль от предоставления новых персонифицированных услуг, выходить с ними на рынок быстрее конкурентов, повышать их качество. Кроме того, использование этой платформы упрощает сетевую инфраструктуру и процесс ее эксплуатации, оптимизирует путь прохождения трафика через ЕРС и экономит полосу пропускания, потребляемую мобильным видеотрафиком в сети радиодоступа. Другими словами, платформа ASR 5000 помогает операторам повышать свою рентабельность. А не это ли является конечной целью деятельности любого коммерческого оператора? ■
НОВЫЕ ПРОДУКТЫ -> НОВЫЕ ПРОДУКТЫ -> НОВЫЕ ПРОДУКТЫ -> НОВЫЕ ПРОДУКТЫ -> НОВЫЕ ПРОДУКТЫ -> НОВЫЕ ПРОДУКТЫ
Комплект оборудования дистанционного электропитания
Производитель: ООО «Промсвязьдизайн» В состав комплекта оборудования входят:
^ устройство дистанционного электропитания УДЭП-2000;
^ преобразователи ВБВ 48/0,5-2; ВБВ 48/22М или устройство УЭП-2К 48/6-33 ДП (в зависимости от мощности нагрузки);
^ монтажная рейка с кабельной распределительной коробкой (опционально).
Устройство УДЭП-2000 устанавливается на объектах с гарантированным электропитанием (АТС) и предназначено для дистанционного электропитания удаленных объектов по медным проводникам кабелей типа КСПП, а также комбинированных оптических кабелей. Входное напряжение УДЭП-2000 - 42...72 В.
В состав УДЭП-2000 при полной комплектации входит до 4 независимых преобразователей ППН-500 мощностью 500 Вт. Каждый преобразователь ППН-500 обеспечивает электропитание одной линии нагрузки (канала) напряжением 350 В постоянного тока и непрерывно контролирует её со-
стояние: пре-
вышение тока утечки, снижение мощности в нагрузке, короткое замыкание. При любых неисправностях ППН-500 выключается и индицируется аварийный сигнал светоди-
1«мк /////// 1 /////;/ ■■ - ! ' -
fj
.... .. , ....
УЭП-2К48/6-33ДП
Варианты подключения удаленных объектов (при использовании медного провода диаметром 0,9 мм при напряжении в линии 350 В)
одами на передней панели и «сухими» контактами реле.
УДЭП-2000 предназначен для установки в 19-дюймовый шкаф или стеллаж. Габаритные размеры (ВхШхГ) - 88х482х408 мм.
На удаленном объекте устанавливается преобразователь напряжения ВБВ 48/0,5-2; ВБВ 48/2-2М или УЭП-2К 48/6-33 ДП с выходной мощностью 26, 110 или 330 Вт соответственно, который преобразует напряжение питания линии в номинальное напряжение посто-
янного тока 48 В и обеспечивает электропитание нагрузки (оборудования связи).
Преобразователи имеют широкий диапазон входного напряжения (160-400 В) постоянного тока, обеспечивают низкий уровень радиопомех и пульсаций выходного напряжения.
В зависимости от типа могут устанавливаться на DIN-рейку, полку или в 19-дюймовый шкаф или стеллаж
Максимальное расстояние до удаленного объекта зависит от передаваемой мощности и диаметра медных проводников кабеля. На рисунке приведены варианты подключения удаленных объектов. ■
www.promsd.ru
№ 2 • 2011 ВЄКІ КАЧЕСТВА
