CC BY
200
Ключевые слова: Транспортные сети мобильной связи, топологии, устойчивое функционирование, резервиро-вание, заданное качество и SLA.
Требования к построению транспортных сетей операторов мобильной связи
В докладе проанализированы требования к построению современных транспортных сетей операторов мобильной связи в регионах Российской Федерации, включая требования к технологиям, используемым на сети, к линиям связи, к применению технологий IP/MPLS, к топологиям для обеспечения резервирования и обеспечению устойчивого функционирования, к безопасности, а также обеспечения заданного качества и проверки соблюдения SLA Рассмотренные требования позволяют проводить анализ современных транспортных сетей операторов мобильной связи, на основе описанных требований, которые определяют критерии анализа. Анализ сети, в свою очередь, позволит определить проблемные точки в существующих сетях операторов мобильной связи. В заключении предложены пути преодоления проблем, с указанием мероприятий и перспективных технологий.
Особое внимание в докладе уделено проблемам обеспечения безопасности и качества, которые являются актуальными для большинства современных операторов связи. Поэтому предлагаемые решения будут полезны для при-менения в сетях операторов фиксированной связи. Доклад основан на ряде НИР, а также испытаний, выполненных в Технопарке ФГУП ЦНИИС при участии автора.
Шалагинов ВА,
начальник отдела, ФГУП ЦНИИС, shalaginov@zniis.rv
Статус общероссийского и международного оператора мобильной связи предполагает решение компанией ряда задач, в том числе связанных с развитием транспортных сетей, как магистрального, так и регионального уровня. Для обеспечения деятельности мобильного оператора в рамках Российской Федерации его транспортная сеть должна быть масштабируемой, обеспечивать возможность предоставления широкого набора услуг с заданными характеристиками качества для всех абонентов и строиться на единых принципах в масштабах всей зоны покрытия.
Для определения соответствия указанным выше требованиям необходим анализ текущего состояния транспортной сети оператора мобильной связи, включая оборудование и линии связи. При этом учитываются следующие факторы: география сети, связность сегментов, надежность сети, пропускная способность участков, единообразие применяемых технологий обеспечения надежности, обеспечение качества услуг и безопасности. Рассмотрим указанные критерии, применяемые для последующего анализа региональной транспортной сети.
География сетей и их связность — данный критерий позволяет оценить охват сети, возможность предоставления услуг всем абонентам на базе единой платформы, возможность организовать соединения между оконечным оборудованием любых абонентов оператора мобильной связи. Ключевым, при этом, является рассмотрение географии региональных сетей, их связности между собой и с межрегиональным уровнем.
Пропускная способность каналов/линий связи - данный критерий позволяет оценить текущее состояние региональных сетей с точки зрения величины пропускной способности участков, а также возможности ее увеличения. Количественной характеристикой критерия является пропускная способность и загруженность кана-
лов, образующих региональные сети, выраженная в процентах от максимальной пропускной способности. Возможность развития транспортных сетей определяется, исходя из статуса используемых ресурсов (собственные или арендованные у других операторов связи), а также используемых технологий.
Единообразие применяемых технологий и оборудования — данный критерий позволяет оценить единообразие применяемых в региональных транспортных сетях решений, и как следствие, простоту эксплуатации и совместимость оборудования, определить наличие экономической зависимости от поставщиков оборудования. Кроме того, критерий предполагает анализ данных о транспортных технологиях и оборудовании, используемых для организации региональной сети.
Надёжность - в рамках критерия оцениваются механизмы обеспечения надёжности в части используемых технологий и схем резервирования, а также возможность обеспечения отказоустойчивости в сети связи с учетом статуса используемой инфраструктуры сети (собственная или арендованная у других операторов связи).
Безопасность - данный критерий используется для оценки применяемых в региональной транспортной сети средств защиты от несанкционированного доступа.
Технологии обеспечения качества обслуживания и проверки соблюдения SLA — данный критерий используется для оценки возможности обеспечения сетевых показателей качества при передаче трафика по региональным транспортным сетям, что особенно важно для предоставления мультимедийных и интерактивных услуг, а также для оценки наличия средств контроля соблюдения SLA. Оценка осуществляется на основе определения уровня внедрения и единообразия применяемых технологий и средств обеспечения сетевых показателей качества при передаче трафика различных типов, что является необходимым условием предоставления услуг с гарантированным качеством во всей сети.
Рассмотрим пример анализа сети одного из крупных операторов мобильной связи в одном из федеральных округов РФ. В рассматриваемом филиале предоставляются следующие услуги:
- услуги подвижной связи 2G/3G;
- услуги фиксированной телефонной связи;
- услуги SIP-телефонии;
- услуги фиксированного широкополосного доступа;
- услуги L2VPN;
- услуги L3VPN;
- предоставление каналов в аренду.
Транспортная сеть филиала имеет иерархическую структуру и состоит из уровня агрегации и уровня доступа, что облегчает масштабируемость сети.
В основе транспортной филиала - уровень агрегации, все соединения которого организованы через интерфейсы со скоростями 10 Гбит/с. Уровень агрегации организован с использованием смешанной топологий - кольцевой и древовидной. К преимуществам использования кольцевой топологии относится более высокая степень надежности по сравнению с древовидной топологией. Недостатком кольцевой топологии как правило является более высокая стоимость построения сетей по сравнению с древовидной топологией.
Уровень доступа сети филиала построен с использованием различных топологий. В качестве линий связи наиболее часто применяются BOJIC (каналы ЮЬЕ) и PPJI.
В большинство муниципальных образований проложены BOJIC. Участки транспортной сети филиала загружены не более чем на 20%. При этом ряд факторов (ВОК в собственности оператора, наличие свободных волокон на участках ВОЛС, применение оборудования DWDM) свидетельствует о возможности оперативно наращивать пропускную способность участков региональной транспортной сети.
Для построения сети филиала применяется две основные транспортные технологии: SDH и MPLS-TP. На уровне агрегации региональной сети применяется технология DWDM.
Сеть на базе технологии SDH больше не развивается, соответствующее оборудование постепенно замещается. Внедряется оборудование РРЛ с поддержкой коммутации пакетов, оборудование РРЛ с поддержкой коммутации каналов замещается.
На сети агрегации существуют участки, авария на которых может изолировать сети доступа некоторых муниципальных образований. На большинстве сетей доступа пока существуют участки, авария на которых приводит к изоляции двух и более узлов доступа.
Для обеспечения защиты от несанкционированного доступа к сетевой инфраструктуре в оборудовании транспортной сети применяются списки контроля доступа ACL и используется оборудование SBC.
Для обеспечения качества обслуживания применяется технология DiffServ.
Средства контроля соблюдения SLA отсутствуют.
Анализ по указанным выше критериям позволяет сформулировать требования к развитию транпортной сети оператора мобильной связи.
Для построения транспортной сети применяется оборудование на базе технологии MPLS-TP. На ключевых участках сети рекомендуется применение технологии спектрального уплотнения xWDM.
Оборудование с поддержкой технологии xWDM применяется для организации уровня агрегации, при этом организуются каналы со скоростями от 10 Гбит/с и выше.
При развитии транспортной сети, в пределах административных границ города, на участках ВОЛС, имею-
щих ограниченный ёмкостной ресурс ВОК или требующих обеспечение пропускной способности от 10 Гбит/с, необходимо использовать оборудование xWDM.
В качестве узлов агрегации и узлов доступа используется оборудование на базе технологии MPLS-TP. При этом обязательной является поддержка/реализация рекомендаций МСЭ [1-6].
Для взаимодействия узлов уровня агрегации между собой и с транспортной сетью следует использовать интерфейсы со скоростями не ниже 10 Гбит/с.
Требования по обеспечению устойчивого функционирования в РФ регламентируются приказом № 113 Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации [7]. Согласно указанным требованиям, обеспечение устойчивого функционирования сети связи представляет собой совокупность требований и мероприятий, направленных на поддержание ее целостности и устойчивости.
Согласно указанному выше приказу технические нормы на показатели надежности сетей связи определяются коэффициентом готовности. Для сети междугородной и международной телефонной связи коэффициент готовности должен составлять не менее 0,999. В сети зоновой телефонной связи — не менее 0,9995. В сети местной телефонной связи — не менее 0,9999. В сети передачи данных - не менее 0,99.
С целью выполнения требований по живучести ВОЛС должны, по возможности, проектироваться в кольцевой топологии, обеспечивающей образование минимум двух независимых географически разнесенных путей между сетевыми узлами. Не допускается наличие на трассе участков, где два волоконно-оптических кабеля одного “кольца” проложены в одной траншее или одном канале телефонной канализации.
Обеспечение безопасности при передаче данных в пакетной сети является сложной задачей, которая решается с помощью реализации многоуровневой системы обеспечения безопасности. В перспективе для построения такой системы следует применять следующие механизмы обеспечения безопасности:
- защита от атак канального, сетевого и транспортного уровней модели ВОС;
- списки контроля доступа ACL;
- защита от атак уровня приложений модели ВОС (обычно осуществляется с использованием технологии IDP);
- антивирус;
- антиспам.
Защиту целесообразно осуществлять специализированным оборудованием или средствами имеющегося оборудования с поддержкой аппаратного ускорения для обеспечения прозрачной (без внесения значительных задержек) передачи трафика. При больших объемах трафика средства защиты необходимо включать для выборочной проверки передаваемых данных. Средства защиты следует устанавливать как можно ближе к защищаемым ресурсам.
Кроме того, отдельно должна быть реализована защита в сети управления оборудованием сети. Эта защита должна также иметь несколько уровней, к которым относятся:
- защита от атак канального, сетевого и транспортного уровней модели ВОС;
- списки контроля доступа ACL;
- использование протоколов управления с поддержкой шифрования;
- настройка многошаговой аутентификации;
- аудит и сохранение действий персонала, имеющего доступ к управлению оборудованием сети.
Для обеспечения качества обслуживания в транспортной сети рассатриваемого оператора применяется технология DiffServ. Эта технология позволяет реализовать приоритезацию одних макропотоков данных по отношению к другим. Например, макропоток голосового трафика передается с более высоким приоритетом по отношению к передаче данных. Данный механизм позволяет более рационально использовать сетевые ресурсы, но не позволяет обеспечить заданное качество обслуживания. Качество обслуживания обеспечивается за счет избыточности сетевых ресурсов в транспортной сети.
Контроль соблюдения соглашений об уровне обслуживания становится актуальным вследствие роста объемов передаваемых данных. Соблюдение соглашений об уровне обслуживания, в зависимости от указанных в них параметров, позволит обеспечивать заданное качество для большинства услуг связи.
Контроль соблюдения соглашений об уровне обслуживания может быть обеспечен штатными средствами оборудования передачи данных или специализированными средствами. В первом случае следует учитывать то, что выполнение дополнительных функций оборудованием передачи данных может повлиять на его производительность и, как правило, штатные средства контроля соблюдения SLA имеют ограниченную функциональность и позволяют измерять значения показателей функционирования сети передачи данных (например, задержки пакетов, потерь пакетов, вариации задержки пакетов). Специализированные средствам проверки соблюдения SLA имеют, как правило, более широкую функциональность, по сравнению со штатными средствами, а также позволяют оценивать уровень качества обслуживания, воспринимаемый пользователем.
Для проверки соблюдения условий SLA должен быть поэтапно реализован отдельный комплекс средств, который обеспечивает автоматическую проверку соблюдения показателей функционирования сети и уровня
качества услуг связи. Комплекс должен состоять из оконечных точек, между которыми выполняются измерения, а также системы мониторинга, управляющей оконечными точками и получающей от них данные. В случае превышении пороговых значений или снижении уровня качества в системе мониторинга должна быть доступна информация о том, между каким оконечными точками нарушены условия SLA, что позволяет локализовать и устранить причину нарушения. Для оперативного получения информация о нарушении SLA комплекс должен осуществлять периодические проверки между оконечными точками.
Отчетные материалы по соблюдению соглашений SLA должны быть доступны в оперативном и отложенном режимах, как внутренним службам оператора, так и клиентам. Система должна поддерживать возможность взаимосвязи с другими системами OSS.
Таким образом, в докладе проанализированы требования к построению современных транспортных сетей операторов мобильной связи в регионах Российской Федерации. Рассмотренные требования позволяют проводить анализ современных транспортных сетей операторов мобильной связи, на основе описанных требований, которые определяют критерии анализа. Анализ сети, в свою очередь, позволил определить проблемные точки для рассмотренного примера сети оператора мобильной связи, кроме того в статье предложены пути преодоления проблем, с указанием мероприятий и перспективных технологий.
Литература
1. Рекомендация МСЭ-Т G.8110 MPLS layer network architecture
2. Рекомендация МСЭ-Т G.8110.1 Application of MPLS in the transport network.
3. Рекомендация МСЭ-Т G.8112 Interfaces for the transport MPLS (T-MPLS) hierarchy.
4. Рекомендация МСЭ-Т G.8121 Characteristics of transport MPLS equipment functional blocks.
5. Рекомендация МСЭ-Т Y.1711 Operation & Maintenance mechanism for MPLS networks.
6. Рекомендация МСЭ-Т Y.1720 Protection switching for MPLS networks.
7. Приказ № 113 Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации от 27.09.2007.
STREAMING DATA TRANSFERRING CHARACTERISTICS INFLUENCE ON THE VIDEO QUALITY IN WLAN
Chunaev A.V., Abilov A.V., Nistyuk A.I.
Abstract: In this paper we investigate the video quality dependence on the quality of streaming data in wireless local area network. Such characteristics as packet loss rate (PLR) and packet loss distribution are used to measure the quality of data transferring. These characteristics were measured by specially developed program for packet loss analyzing. The video quality was measured by such metrics as peak signal-to-noise ratio (PSNR), structural similarity (SSIM), new quality index (NQI) and video quality metric (VQM). Experimental measurements were carried out in a real WLAN. Videoserver VLC was used to transfer video. The quality of the data was affected by such factors as distance, availability of access point antennas and obstacles. Experimental video quality dependencies on packet loss rate were obtained as a result of the investigations. According to investigations it was found that the v'deo quality remains high when PLR<0,001, and if PLR>0,05 it becomes impossible to percept. The article also shows that the video quality depends on the structure of MPEG: if a lost packet belongs to intra frame, then this loss will have a greater impact than the loss of predicted or bidirectional frame.
Keywords: WLAN, packet loss rate, loss burst, video quality, data streaming, PSNR, SSIM, VQM, NQI, MPEG.
