CC BY
103
Второй этап реализации концепции сетей последующих поколений - NGN
Концепция NGN является открытой. Стремительный прогресс беспроводных и нанотехнологий способствовали появлению беспроводных сенсорных сетей. На втором этапе реализации концепции NGN происходит конвергенция не только технологий, систем и сетей, но и услуг. Подсистема IMS предоставляет услуги независимо от технологии доступа, обеспечивает реальную конвергенцию речи и данных, стационарных и мобильных сетей связи. Конвергенция информационных и телекоммуникационных услуг приводит к появлению нового вида услуг — инфокоммуникационных, имеющих новые свойства.
Пшеничников А.П.,
МТУСИ
Али Раад А.М.,
МТУСИ
Смена парадигмы общественного производства
В конце двадцатого века в технологической сгрук-туре экономики произошли глобальные сдвиги - сформировалось ядро современного информационно-коммуникационного технологического уклада на базе универсальных информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) [1]. Вследствие этого произошла смена парадигмы общественного производства: в мировом валовом внутреннем продукте (ВВП) доминирующее положение заняли нематериальные элементы общественного производства — услуги. Универсальные технологии прорывного характера впервые в экономической истории распространились на отрасли услуг.
К концу первого десятилетня XXI века доля услуг в мировом ВВП достигла 70%. В структуре самого ИКТ-комплекса услуги занимают значительную и всё возрастающую долю от общего объема (по данным Института мировой экономики и международных отношений РАН: 1985 г. - 62%; 1995 г. - 67%; 2009 г. - 71%). За последние 20 лет цикл обновления в среднем по комплексу ИКТ сократился с 7-11 лет до 5-7.
С 1995 года по инициативе группы развитых сграп начала формироваться концепция Глобальной информационной инфраструктуры как общемировой информационной сети массового обслуживания населения планеты на основе интеграции глобальных и региональных инфокоммуникационных систем. По вопросам информационного общества проводятся Всемирные встречи на высшем уровне (Женева 2003 г., Тунис 2005 г.).
Повышенное внимание проблемам информатизации уделяется на высшем уровне законодательной и исполнительной власти в Российской Федерации. В частности, принят Федеральный закон “Об электронной подписи”, одобрена Концепция формирования в РФ электронного правительства, утверждена Стратегия развития информационного общества в Российской Федерации.
С целью реализации Стратегии развития информационного общества Правительством РФ утверждена государственная программа “Информационное общество (2011-2020 гг.)”.
Конкурентные позиции любой страны в глобальной экономике неразрывно связаны с научными исследованиями. Так, доля расходов на НИР в ВВП в странах ЕС в среднем составляет 2,6%. В России этот показатель
почти в два раза ниже - 1,5%. Финансирование ИКТ в странах Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) составляет 17% всех затрат на НИР, в то время как в США - 52%, в Японии - 22% [2].
Для перехода от инерционного развития экономики к инновационному расходы на НИОКР в России должны быть увеличены в два раза, рост инвестиций в основной капитан инновационного сектора должен быть также удвоен [3].
Существующий в настоящее время технологический уклад основывается на применении достижений микроэлектроники в управлении физическими процессами на микронном уровне. Новый, зарождающийся технологический уклад базируется на использовании нанотехнологий, оперирующий на уровне одной миллиардной метра. Ядро этого уклада будут составлять следующие технологически сопряженные производства: наноэлектроника, молекулярная и нанофотоника, наноматериалы и наноструктурированные покрытия, нанобиотехнологии, нанооборудование и другие производства. По прогнозам Научного фонда США к 2015 г. годовой оборот рынка нанотехнологий достигнет 1-1,5 трл. долл.
Выполнение условий Всемирной торговой Организации
В декабре 2011 г. Россия была принята во Всемирную торговую организацию. Полноправным членом ВТО Россия станет в 2012 г. Согласно Протоколу о присоединении РФ к ВТО, существуют дополнительные обязательства России по базовым телекоммуникационным сервисам [4].
Одно из важнейших требований документа — предупреждение монополистической практики на телекоммуникационном рынке. Федеральная антимонопольная служба России создала рабочую группу для оценки возможности перехода ранка связи от естественной монополии к конкурентному состоянию, с введением “технологической нейтральности” его регулирования.
Другим важным требованием является недискриминационный доступ участников рынка к сетям существенных операторов связи. ВТО рекомендует установить цены на присоединение на основе себестоимости данной услуги.
Обязательствами России по базовым телекоммуникациям являются:
- независимость регулятора от участников рынка;
- публичность лицензионных критериев;
- прозрачность, недискриминационность, наличие конкурентной среды при оказании универсальных услуг связи;
- справедливое распределение и использование ограниченных ресурсов в отрасли.
В Протоколе зафиксировано, что любые процедуры по распределению и использованию ограниченных ресурсов, в том числе полос радиочастот и номерной ёмкости, должны осуществляться на объективной, прозрачной и недискриминационной основе.
Минкомсвязи России активно занимается разработкой соответствующих документов и с большой вероятностью в 2012-2013 гг. они будут приняты.
Реализация принципа “технологической нейтральности” даст положительный импульс для внедрения пакетных технологий на сетях всех уровней.
В настоящее время основными технологическими механизмами реализации стратегии развития информационного общества в нашей стране являются:
- обеспечение широкополосного доступа к инфоком-муникационным услугам;
- переход от технологии коммутации каналов к технологии коммутации пакетов в соответствии с концепцией сетей последующих поколений - NGN (Next Generation Networks);
- конвергенция мобильных и стационарных сетей связи на базе универсальной распределённой архитектуры IMS (IP Multimedia Subsystem).
Широкополосный доступ к услугам.
Согласно отчёту Комиссии по широкополосной связи для цифрового развития генеральному секретарю ООН Пан Ги Муну (19 сентября 2010 г., Нью-Йорк) “В XXI столетии сети широкополосной связи будут иметь такое же решающее значение для социального и экономическою процветания, как транспортные, водопроводные и электросети”. Генеральный секретарь Международного союза электросвязи X. Туре на заседании указанной Комиссии призвал мировых лидеров добиться, чтобы к 2015 г. более половины населения мира получили доступ к широкополосной связи и доступ к высокоскоростным сетям стал одним из основных гражданских прав.
С быстрым увеличением в Интернете объемов контента и приложений, требующих высокой пропускной способности, растёт спрос на высокоскоростные соединения. Необходимость перехода к ШПД можно проиллюстрировать следующим примером. По данным МСЭ-Т при скорости 256 кбит/с скачивание высококачественного кинофильма потребует почти
1,5 дня, в то время как при скорости 100 Мбит/с -только 5 мин. Согласно результатам исследования Cisco Visual Networking Index к 2015 году объём потребляемого глобального интернет-трафика вырастет более чем в два с половиной раза по сравнению с 2011 г. Среднегодовой темп роста в России составит 30% в год.
За последние годы в РФ достигнуты значительные успехи в области развития сетей проводного широкополосного доступа (ШПД). Так, по данным аналитического агентства TelecomDaily число пользователей цифрового платного телевидения в России по итогам 2011 года достигло отметки в 10,3 млн. домохозяйств (проникновение 19%). В 2011г. Россия вошла в первую десятку государств по развитию ШПД и стала лидером по темпам ежегодного прироста пользователей: более 2 млн. человек [5]. В среднем проникновение ШПД в РФ превысило 20% домохозяйств, однако, например, в Швеции этот показатель составляет 69%, а в Республике Корея - 97%. Сопоставляя достигнутый уровень с темпами
роста, можно сделать вывод о том, что в РФ отставание в построении сетей проводного ШПД от стран ОЭСР составляет порядка 5-6 лет.
Доминирующими технологиями развития проводного ШПД являются оптические технологии. В настоящее время основными технологиями передачи сигнала по оптическому кабелю являются:
• FTTx (Fiber to the x - оптическое волокно до точки х);
• PON (Passive optical network - пассивная оптическая сеть).
Основная идея архитектуры PON - использование всего одного приёмопередающего модуля в OLT (optical line terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств ONT (optical network terminal) и приёма информации от них. Для передачи потока информации от OLT к ONT - прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1490 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. Для передачи сигнала телевидения используется длина волны 1550 нм. В ОГТ и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.
По прогнозу доля технологий FTTx ШПД к 2015 г. в России достигнет 80% (или 16 млн. домохозяйств). На примере ОАО “Ростелеком” видно, что уже сейчас наблюдается резкий спад темпов строительства xDSL и значительный рост строительства FTTx.
В настоящее время МСЭ-Т в рекомендации G.983 стандартизовал xPON, а в рекомендации G.984 - GPON-Gigabit PON.
Стандартами IEEE группы 802.3 стандартизована так называемая технология Optical Ethernet.
• IEEE 802.3ц (Fast Ethernet, 100 Мбит/с);
• IEEE 802.3ah (GEPON - Gigabit Ethernet PON);
» IEEE 802.3av ( 1OGEPON - 10 Gigabit Ethernet PON);
• IEEE 802.3ba (40GE и 100GE). '
Основными преимуществами использования этой технологии для построения распределенной сети являются экономическая эффективность и простота подключения клиентов, эффективность использования канальных ресурсов и высокая производительность, масштабируемость и простота обслуживания. По сравнению с технологиями, имеющими схожие потребительские свойства, например SDH, реализация Optical Ethernet обходится в два-три раза дешевле. Эта транспортная технология в настоящее время является одной из самых динамично развивающихся.
При оказании услуг значительное внимание уделяется не только “скорости”, но и характеристикам качества обслуживания пользователей. Показатели качества определены в рекомендации МСЭ-Т G.1000. Она включает 11 функций и 7 критериев, охватывая все стадии жизненного цикла взаимоотношений с клиентами: от продажи и предконтрактной деятельности до прекращения обслуживания. Отечественный стандарт в этой области - ГОСТ Р 53632-2009 “Показатели качества услуг доступа в Интернет. Общие требования” введён в действие с 01.12.2010 г.
Первый этап реализации концепции NGN
На первом этапе решались задачи конвергенции сетей с коммутацией каналов и сетей с коммутацией паке-
тов [6]. Для сопряжения принципиально разных технологий коммутации необходимо было решить целый ряд технически сложных задач, в частности, обеспечить:
- приемлемое качество передачи голосовых сообщений, в первую очередь, минимизировать и нормировать задержки доставки пакетов, которые нельзя исключить при использовании технологии коммутации пакетов;
- преобразование (конвертацию) систем сигнализации, включая передачу сигнальных единиц ОКС 7 через пакетную сеть;
- раздельное управление устройствами доступа и гране порта, управление вызовами, управление услугами;
- информационную безопасность.
Одним из фундаментальных требований концепции NGN - обеспечение неразрушающего перехода от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов. Учитывая свойство гетерогенности этих сетей, при реализации концепции NGN необходимо обеспечить их глобальную совместимость — совместимость технических средств, услуг, классов и параметров качества обслуживания.
Основные положения концепции NGN изложены в рекомендациях
МСЭ-Т серии Y.20xx, в которых определены архитектурные принципы и модели, реализация качества обслуживания по принципу “из конца в конец”, управление, безопасность, нумерация и адресация, устойчивость к воздействию дестабилизирующих факторов, взаимосвязь NGN с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем и другие вопросы.
Д1Я решения проблемы качества передачи сообщений реального времени стек протоколов TCP/IP дополнен стеком протоколов MPLS (Multiprotocol Label Switching — многопротокольная коммутация по меткам). Универсальная технологическая среда на базе IP/MPLS обеспечивает интефацию различных инфокоммуникационных приложений.
Для управления в сетях NGN и конвертации систем сигнализации был разработан Softswitch - программный (гибкий) коммутатор. В течение первого десятилетия XXI в. задачи сопряжения технологий коммутации каналов и коммутации пакетов были успешно решены. В России устанавливалось преимущественно оборудование зарубежных компаний, однако было разработано и отечественное оборудование, реализующее концепцию NGN [7].
Второй этап реализации концепции NGN
На втором этапе решаются задачи конвергенции стационарных сетей и сетей сотовой подвижной связи как на уровне сетей доступа, так и на уровне терминалов.
В качестве базовой архитектуры для конвергенции этих сетей рабочими группами 3GPP [8] и TISPAN [9] рекомендована мультимедийная подсистема на базе протокола IP-IMS (IP Multimedia Subsystem). В этой платформе сделана попытка реализации следующих фундаментальных принципов будущих инфокоммуникаций: глобальность, интерактивность, информационная безопасность и защищённость, мобильность, персональность [10].
Архитектура IMS реализована по трёхуровневой модели в соответствие с концепцией сетей последующих поколений NGN: транспортный уровень; уровень управления вызовами; уровень приложений.
Все три уровня независимы, но связаны друг с другом через стандартизированные интерфейсы при использовании открытых протоколов.
Все контент-провайдеры присоединяются к единой платформе, обеспечивающей все возможные интерфейсы и протоколы. При добавлении очередной услуги нет необходимости в разработке новых интерфейсов.
Одним из требований к сервисной мультимедийной подсистеме является независимость её функционирования от уровня доступа с обеспечением обобщённой мобильности - для любого абонента предоставлять любые услуги в любом объёме и в любом месте (принцип глобальности).
Мультисервисная сеть на базе платформы IMS имеет горизонтальную распределенную структуру, позволяющую быстро и легко устанавливать медиа-шлюзы в точках концентрации трафика, а интеллектуальные функции сосредотачивать в центральном сервере для быстрого и эффективного обновления программного обеспечения, что сокращает период разработки и внедрения новых услуг.
В рекомендациях 3GPP и TISPAN по архитектуре IMS стандартизируются не конкретные узлы сети, а функциональные элементы и интерфейсы между ними. Основные функциональные элементы IMS могут быть разделены на следующие группы:
- элементы управления установлением сессий (CSCF — Call Session Control Function). На уровне управления сессиями с помощью протокола SIP (Session Initiation Protocol) реализуется механизм инициации и управления сессиями, управление качеством обслуживания “из конца в конец” (end-to-end QoS), управление мобильностью пользователей;
- сервер абонентских данных (HSS - Home Subscriber Server), где хранятся уникальные сервисные профили всех абонентов;
- элементы, обеспечивающие предоставление дополнительных видов обслуживания (Application Server — сервер приложений, MRF- Media Resource Function -источник мультимедийных потоков);
- элементы обеспечения межсетевого взаимодействия (BGCF — Breakout Gateway Control Function - контроллер шлюзов при связи с оконечным устройством в сети с коммутацией каналов; MGCF — Media Gateway Control Function - контроллер шлюза, выполняющего функции по транслированию протокола SIP в ISUP или В ICC поверх SCTP/IP; IMS-MGW - IP Multimedia Subsystem Media Gateway - транспортный шлюз для взаимодействия с ТфОП; SGW - Signaling Gateway -сигнальный шлюз);
- элементы обеспечения безопасности (PDF - Policy Decision Function - функция запрета использования кодека, SEG - Security gateway — шлюз, обеспечивающий безопасность на уровне сигнализации; THIG - Topology Hiding Gateway - шлюз, скрывающий топологию, ёмкость и конфигурацию сети оператора от других операторов и третьих лиц);
- элементы обеспечения тарификации (функциональные модули, позволяющие разделить списание средств в зависимости от предоставляемого сервиса -телефонии, видеосвязи, передачи данных или ДВО).
При внедрении IMS-платформы для повышения экономической эффективности конвергентного развития инфокоммуникаций осуществляется интеграция систем управления сетевыми ресурсами (OSS-Operations Support Systems-система поддержки операционной деятельности) и бизнес-процессами (BSS-Business Support Systems -
система поддержки бизнеса) оператора связи (NGOSS -Next Generation Operations Systems and Software - системы следующего поколения для поддержки операционной деятельности телекоммуникационной компании).
На втором этапе реализации концепции NGN происходит конвергенция не только технологий, систем и сетей, но и услуг. Подсистема IMS предоставляет услуги независимо от технологии доступа, обеспечивает реальную конвергенцию речи и данных, стационарных и мобильных сетей связи. Конвергенция информационных и телекоммуникационных услуг приводит к появлению нового вида услуг - инфокоммуникационных, имеющих новые свойства [11, 12]:
- мультисервисность и пакетность услуг;
- возможность оплаты услуг по этапам производственного процесса;
- наличие звеньев между оператором связи и пользователем: сервис-провайдер, системный интегратор;
- широкополосный доступ к услугам;
- активная роль пользователя на основе обратной интерактивной связи с производителем услуг и участие в процессе генерации услуг.
Распределённая сервисная архитектура IMS позволяет предоставлять пользователям контент-ориентирован-ные услуги, в том числе IP-телевидение и интерактивное телевидение, конвергентные мультимедийные услуги в “пакете”, “облачные услуги”.
Облачные услуги. Термины “облачные услуги”, “облачные вычисления”, “облачные технологии”, применяются к различным способам предоставления инфокоммуникационных услуг через сети электросвязи или сеть Интернет. При этом сеть изображается на схемах в виде “облака” для подчеркивания того, что подробности транспортировки данных скрыты от конечных пользователей. Им важна лишь услуга с гарантированным качеством.
Облачную бизнес-модель отличают следующие характеристики:
- самообслуживание по требованию. Пользователь самостоятельно обеспечивает себя ИКТ — ресурсами с нужными ему параметрами. Всё это осуществляется автоматически, без личного участия администратора ресурса;
- ИКТ-ресурсы объединяются в пулы. Из общего пула ресурсы автоматически выделяются и таким же образом возвращаются обратно в пул по мере их затребования и освобождения пользователями;
- эластичность ресурсного пула. Ресурсы облачного пула могут предоставляться пользователю незамедлительно и при этом масштабироваться как в сторону наращивания, так и в сторону сокращения;
- доступность ресурсов пула любым оконечным устройствам пользователей;
- открытый автоматический контроль, оптимизация и учёт потребляемых ресурсов облачной системой.
В настоящее время известны следующие категории облачных сервисов:
- приложения как сервис - возможность удалённого пользования приложениями в облачной инфраструктуре сервис-провайдера;
- коммуникации как сервис - возможность удалённого пользования средствами связи в облачной инфраструктуре сервис-провайдера;
- программная платформа как сервис — в облачной инфраструктуре пользователь развёртывает и эксплуатирует собственные приложения;
- ИКТ-инфраструктура как сервис - предоставление в удалённое пользование ИКТ-ресурсов облачной инфраструктуры для произвольного применения пользователем;
- сеть как сервис - в качестве услуг пользователю предоставляются средства сетевого транспорта, включая внутриоблачный [13].
Вместо заключения
Концепция NGN является открытой и её реализация не заканчивается вторым этапом. Стремительный прогресс беспроводных и нанотехнологий способствовали появлению беспроводных сенсорных сетей [14]. Для этих сетей уже придумано новое название - SAN (Smart Ubiquitous Networks - умные всё проникающие сети).
В настоящее время трафик межмашинного обмена (М2М и пиринговые сети) уже соизмерим с трафиком, в котором участвует человек. Отдельная тема - социальные сети и их влияние на самоорганизацию и саморегулирование общества.
Литература
1. Глазьев С.Ю. Как оседлать волну, www.glazev.ru.
2. Шульцева В.К. Мировой ИКТ-мейнстрим. - Электросвязь. - №4. - 2010. - С. 14-17.
3. Глазьев С.Ю. Мировой экономический кризис как процесс замещения доминирующих технологических укладов. www.glazev.ru.
4. Jlaurryii Е. ВТОржение в телеком. - Стандарт. - №2 ( 109). - 2012. - С. 18-22.
5. Богородицкая И.А. Отрасль ИКТ на восходящем тренде. -Электросвязь. -№1.-2012. С.2-3.
6. Нестеренко И.В., Носов А.И. Основные этапы реализации концепции сетей последующего поколения - NGN. - T-Comm -Телекоммуникации и транспорт. -№7. - 2011. C. 117-120.
7. Компания НТЦ ПРОТЕЙ, www.protei.ru.
8. Официальный сайт 3rd Generation Partnership Project (3GPP) - www.3gpp.org.
9. Официальный сайт ETSI TISPAN - www.etsi.org/tispan.
10. Аджемов A.C. Телекоммуникации, инфокоммуника-ции-что дальше? - М.: “ИД Медиа Паблишер”, 2011. - 140 с.
11. Кузовкова Т.А. Экономические аспекты конвергентного развития инфокоммуникаций. - Электросвязь. — №2.-2009.-С. 16-19.
12. Сети следующего поколения NGN/ Под ред. A.B. Рос-лякова.-М.: Эко-Трендз, 2008. - 424 с.
13. Гехтман Б. Облачные ИТ-услуги. - Вестник связи. — №2.-2012.
14. Nitaigour P.M. (Editor) Sensor networks and configuration fundamentals, standards, platforms and applications / P.M.Nitaigour // Springer. - 2007. - 510 p.
