Ip- телефония и ngn сети доступа Лекция 1 Революция ngn и проблемы сетей доступа

Вид материала

Лекция

Содержание Ре­волюционный переход от голосового трафика к трафику передачи данных и составляет основу идеологии NGN. Транспортная сеть NGN Структура технологии ADSL Типовая схема соединения ADSL

Подобный материал:

• Лекция N4. Механизмы доступа к базам данных Возникновение и внедрение в широкую практику, 39.22kb.
• Правила разграничения доступа прд security policy Совокупность правил, регламентирующих, 137.1kb.
• Ip телефония и ngn лекция, 101.6kb.
• Игнатов Владимир Владимирович, Вице-президент ОАО инфотекс, г. Москва, тел. (095) 737-61-92,, 107.54kb.
• Правила разграничения доступа (прд) Security policy Совокупность правил, регламентирующих, 85.86kb.
• Программа конференции первый день Среда, 94.41kb.
• Лекция 7 Диагностика качества iptv, 118.61kb.
• Лот №1 «Услуги по предоставлению междугороднего и международного телефонного доступа, 51.34kb.
• Учебная программа «Технологии коммутации современных сетей Ethernet», 73.23kb.
• Всвязи с бурным ростом глобальных информационных сетей, вопросы защиты информации, 74.71kb.

Лекции

IP- телефония и NGN

Сети доступа

Лекция 1


Революция NGN и проблемы сетей доступа


Современная ситуация развития телекоммуникаций может быть охарактеризована как период очень бурной научно-технической революции (НТР), связанной с усиленной «интер­нетизацией» общества. Вообще, мировые телекоммуникации пережили уже две научно-технических революции в области систем связи (рис.1.1).





Рис. 1.1. Три революции в современных системах связи


Первая революция в области телекоммуникаций имела чисто технологи­ческое значение и была связана с переходом от аналоговых принципов пере­дачи и коммутации к цифровым принципам. Начавшись во всем мире в 60-х годах прошлого века, уже к 90-м она привела к появлению совершенно новых технологий. Особенностью первой революции явилось то, что до самого пос­леднего момента она не захватывала всего общества и проходила в рамках отрасли телекоммуникаций.

Вторая революция была обусловлена появлением систем сотовой связи. От первой революции ее отличило то, что она охватила всю человеческую цивилизацию. Идея того, что в любом месте и в любое время два человека могут связаться друг с другом оказалась настолько привлекательной, что со­товая связь стала одной из нематериальных ценностей общества. Такая глу­бокая поддержка населения не могла не привести к бурному течению новой революции. В качестве ее результата в настоящее время процент «сотовизации» сетей многих европейских стран значительно превосходит покрытие ус­лугами проводной «классической» связи.

Третья революция, которая уже началась и постепенно набирает ход,- это переход к глобальному информационному обществу (ГИО). Она в корне отли­чается от первой и второй революции тем, что не только охватывает все об­щество, но и изменяет основы его устройства, меняя вообще ориентиры, цен­ности и пр. Так, информационные ресурсы в период перехода к ГИО становят­ся стратегическими наравне с запасами руды и нефти, сфера коммуникаций оказывается едва ли не основной для развития бизнеса, экономические мо­дели и модели производства все более виртуализируются и т.д. Одним из на­правлений внедрения новых виртуальных технологий в жизнь является обес­печение максимально широкого доступа населения к информационным ре­сурсам общества и всей мировой цивилизации. Отсюда возникает необходимость модернизировать все современные системы связи: от магис­тральных сетей до конечного терминала. В мировой и отечественной практи­ке новая революция получила название сетей нового поколения (Next Generation Networks, NGN).

Исходя из вышеизложенного уже сейчас можно предполагать, что новая революция NGN будет масштабнее и существеннее по последствиям для об­лика систем связи, чем две предыдущих.

Едва появившись на горизонте, революция NGN начала изменять все су­ществующие технологии: от технологии передачи данных до систем сото­вой связи. Под новые требования начали подстраиваться все технологии, и вот уже следует говорить не про SDH, а про NGSDH, не про АТС, а про NGPABX и т.д.

NG становится в последнее время очень емкой и модной приставкой, появляющейся тут и там в совершенно разных контекстах. Это обусловле­но самой революционной ситуацией, когда под NGN понимаются совер­шенно разные подходы, решения, оборудование, но все они едины в глав­ном - в эру NGN данные оказываются важнее голоса, коммутация пакетов и пакетный трафик оказывается важнее, чем голосовой (трафик TDM).

Ре­волюционный переход от голосового трафика к трафику передачи данных и составляет основу идеологии NGN.

Смещение приоритетов в область трафика привело к тому, что концепция NGN потребовала коренным образом перестроить сами основы систем свя­зи. Но главное, что изменилась концепция построения единой системы связи. Если раньше «в классике» система связи разделялась на первичную и вто­ричные сети, которые использовали ее каналы, то, поскольку в сетях NGN ос­новной приоритет относится не к коммутации каналов, а к коммутации паке­тов, сама структура системы электросвязи должна была претерпеть измене­ния. В традиционной сети существовало разделение на первичную и вторичные сети связи. Ключевой функцией первичной сети являлось формирование банка типовых каналов, которые затем используются различными вторичными се­тями. Чтобы вторичные сети успешно взаимодействовали друг с другом, ка­налы первичной сети должны быть стандартизованы.

Что произойдет, если понятие канала станет второстепенным (или, по край­ней мере, не первоприоритетным)? Тогда нет никаких оснований стандарти­зации каналов первичной сети, и само понятие первичной сети становится довольно аморфным. Так и получилось в процессе революции NGN: первич­ная сеть как каркас всей системы электросвязи оказалась неэффективным системным понятием.

В концепции NGN деление системы связи было проведено не по линии раздела каналы/услуги или передача/коммутация, а по линии пользователь/ сеть. В результате появились понятия транспортной сети и сети доступа (рис. 1.2).

Транспортная сеть NGN - это совокупность сетевых элементов, ко­торые обеспечивают передачу трафика и предоставление услуг.

Сеть досту­па - это совокупность сетевых элементов, обеспечивающих доступ абонен­тов к ресурсам транспортной сети.





Рис. 1.2. Структура современной системы NGN


Разделение сети на транспортную сеть и сети доступа легко понять, если вспомнить о ныне постепенно забываемой концепции мультисервисных се­тей. Согласно этой концепции, чем больше услуг получает оконечный пользо­ватель, тем более эффективно работает оператор. Рассмотрим современ­ный ноутбук или компьютер с точки зрения концепции мультисервисных се­тей. Окажется, что ноутбук можно рассматривать как готовый терминал мультисервисной сети. Здесь есть возможность передачи данных, голоса (вспомним модные в настоящее время ICQ и Skype), прослушивания музыки, просмотра видео. Подключите к компьютеру Web-камеру - и вот готовый тер­минал видеоконференцсвязи (что и делает Skype последней версии). Дело за малым - необходимо связать два компьютера друг с другом, причем обеспе­чить заведомо большую скорость обмена данными. Поэтому часто сеть NGN рассматривают как сеть, обеспечивающую связи «компьютер - компьютер». Номенклатура услуг и их качество будут непосредственно связаны с емкос­тью абонентского канала. Большая скорость обмена данными в современных условиях - это скорость более 200-400 кбит/с, а желательно более 5 Мбит/с на одного пользователя. Такие скорости исторически относят к широкопо­лосному доступу, поэтому в этой книге мы часто будем сталкиваться с про­блемой широкополосного абонентского доступа.

Поставив задачу связать по широкополосному доступу два компьютера через сеть NGN, авторы таких идей предложили единственное рациональное решение. Для эффективной связи требуется создать объемный ресурс, через который компьютеры будут обмениваться данными. Этот ресурс получил на­звание транспортной сети. Далее, необходимо обеспечить пользовательско­му компьютеру доступ к созданному оператором ресурсу. Так, концепция транспортной сети была дополнена концепцией сетей доступа. Следует от­метить, что революционность NGN состоит в том, что традиционные сети (те­лефония, передача данных) не предполагали широкополосной связи между абонентами. Из этого и следует идея коренной перестройки сети в процессе перехода к NGN.

Интуитивно ясно, что деление сети на транспортную сеть и сеть доступа представляет собой более широкое и менее строгое деление, чем разделе­ние на первичную и вторичную сети. Следовательно, решения в области транс­портных сетей и сетей доступа будут менее формализованы и менее стан­дартизированы, чем в области первичной и вторичной сетей.

Имеет место традиционный для NGN плюрализм технологических решений: любая

техно­логия, обеспечивающая передачу трафика и/или предоставление услуг, мо­жет считаться транспортной. Аналогично, любая технология, обеспечиваю­щая доступ абонентов к ресурсам транспортной сети, может считаться або­нентской или технологией доступа.

Такие широкие трактовки технологии транспорта и технологии доступа уже сейчас породили большое разнообразие решений обоих типов.

К наиболее популярным технологиям в области транспорта относятся:

• SDH (теперь уже NGSDH);
  
• ATM;
  
• MPLS/IP;
  
• Frame Relay (FR);
  
• WDM;
  
• Магистральный Ethernet (например, 10Gigabit Ethernet);
  
• CATV/HDTV;
  
• Fibre Channel.
  

Популярные технологии доступа более многочисленны, так как включают не только технологии абонентских NGN, но и классические абонентские тех­нологии:

• PDH;
  
• FR;
  
• ISDN;
  
• Абонентский Ethernet;
  
• IP;
  
• xDSL;
  
• FTTx/PON;
  
• Телефонные каналы и модемная связь;
  
• Wi-Fi/WiMAX;
  
• WLL;
  
• HPNA;
  
• VDSL;
  
• CATV/HDTV;
  
• Fibre Channel.
  

Все перечисленные технологии конкурируют друг с другом в соответствии с поливариантной природой сетей NGN, причем на одной и той же сети могут эффективно фукнционировать и взаимно проникать (принцип конвергенции) различные технологии. Сама же система связи нового поколения становится довольно разнообразной и сложно структурированной (рис.1.3).




Рис. 1.3. Пример архитектуры сетей связи NGN


В ней можно выделить сегменты транспортной сети и системы доступа, но часто даже слож­но провести четкую границу между теми и другими. Например, в представ­ленной на рис.1.3 сети присутствуют транспортные сегменты NGSDH, WDM и IP. Из технологий доступа представлены Gigabit Ethernet (GE) и DSL/IAD с кон­центратором ATM.

Чтобы правильно понять место технологии ADSL в современной концеп­ции NGN, необходимо учесть определенную идеологию развития NGN. В усло­виях революционной ситуации, когда количество компьютеров растет в гео­метрической прогрессии, рынок подталкивает операторов к очень быстрому развитию технологии NGN, чтобы успеть связать все эти многочисленные ком­пьютеры и предоставить пользователям новой экономико-мировоззренчес­кой формации требуемые ими услуги. Как следствие, в современном мире выработался следующий подход к тактике развития NGN. Поскольку ресур­сом NGN по праву считается транспортная сеть, то ее развитию операторы всегда отдают первый приоритет. Кроме того, транспортная сеть как ресурс NGN создается оператором системно и запланировано. Соответственно, опе­ратор может строить ее, как хочет. Здесь может быть сделана установка на технологии 10 GE, MPLS или NGSDH - выбор технологии зависит от самого оператора. В противовес запланированному развитию транспортных сетей сети доступа создаются обычно «по месту». Для того, чтобы подключить ком­пьютер пользователя к ресурсу NGN, все средства хороши. Напомним, что традиционные сети не предполагали широкополосного доступа от отдельных пользователей. Следовательно, сети доступа должны либо создаваться за­ново, либо использовать имеющиеся ресурсы. И если транспортную сеть опе­ратор может строить, как хочет, то сети доступа в современных революцион­ных условиях он вынужден строить, как может. Если есть провода - следует использовать провода (xDSL). Нет проводов - можно прокладывать волокно до пользователя (FTTx). Нет возможности проложить волокно - можно исполь­зовать радиодоступ (Wi-Fi, WiMAX, WLL и пр.). Нельзя разместить базовую стан­цию радиодоступа - можно использовать ресурсы сотовых сетей (GPRS, 3G, WCDMA и пр.). Именно поэтому в области технологий доступа богатство тех­нических решений намного превосходит технологии транспортных сетей.

Рассматриваемая в этом курсе технология ADSL и ее производные: ADSL2, ADSL2+ и READSL2 - это всего лишь составная часть мира разнообразных решений в области сетей доступа. Но часть существенная. В настоящее вре­мя насчитывается около 700 млн установленных телефонных пар. Это огром­ное хозяйство, развитием которого телекоммуникационная индустрия зани­малась более 100 лет, затрачивая огромные ресурсы и силы. И просто так отказаться от его использования по причине развития волоконно-оптических технологий и концепции NGN - это безумие. Поэтому самым простым и эконо­мичным методом организации широкополосного доступа является адаптация существующего абонентского кабельного хозяйства для целей сети доступа NGN. Развитие мировой технологии в этом направлении привело к появлению в Северной Америке (1992 г.) технологии ADSL, которая в современном мире стала доминирующей среди прочих технологий цифрового доступа. История возникновения технологии ADSL, равно как и сравнение технологии ADSL с другими технологиями (HDSL, ISDN.'SHDSL и пр.), была хорошо освещена в отечественной технической прессе. Не будем повторять известные факты.

Укажем лишь, что в настоящее время технология ADSL - самая распростра­ненная технология для обеспечения широкополосного абонентского доступа в мире. Вне зависимости от особенностей технологии ADSL или специфики ее исторического развития эта технология победила в конкурентной борьбе, и этот факт сам по себе служит основанием посвятить ей отдельную курс.


Структура технологии ADSL


Роль асимметричного обмена в абонентском доступе


Рассмотрим техническое устройство технологии ADSL. Начнем с того, что согласно названию технология ADSL представляет собой асимметричную тех­нологию доступа (рис.1.4).




Клиент Информация Сервер


Рис. 1.4. Асимметричная технология доступа и философия «клиент-сервер»


Асимметричность обмена данными происходит в современных сетях от фи­лософии «клиент-сервер». Эта философия родилась из очень простой идеи. Как было сказано выше, сеть NGN - это сеть связи «компьютер - компьютер». Если компьютеры равноправны, то и трафиковый обмен в связи «компьютер-компь­ютер» является симметричным, и эта философия породила много симметрич­ных технологий широкополосного доступа (HDSL, SHDSL, G.SHDSL и пр.).

Но между компьютером и другим компьютером находится транспортная сеть, в которой содержится много полезной для пользователя информации. Следова­тельно, возможно не только создавать сеть для связей «компьютер-компью­тер», но и для связей «компьютер-сеть» или, более точно, «компьютер-сервер».

Если же компьютер подключается к сети не просто для обмена данными с дру­гим таким же компьютером, а для того, чтобы использовать информационные ресурсы сети, тогда трафиковый обмен становится асимметричным. Оконеч­ный пользователь превращается в потребителя информации, а оператор - в поставщика такой информации. Обмен данными становится сильно асиммет­ричным. Пользователь посылает только запросы на дополнительную инфор­мацию, а сервер передает ему запрашиваемые данные.

Эта философия оказа­лась настолько плодотворной, что идеология «клиент-сервер» в настоящее вре­мя доминирует в современных системах NGN. Бурное развитие услуг Интернет и широкополосных услуг операторов NGN привело постепенно к тому, что тра­фик от услуг «клиент-сервер» существенно превысил уровень трафика равно­правного обмена между компьютерами.

В результате асимметричная концеп­ция абонентского доступа оказалась более перспективной, и это стало одной из причин победы ADSL на мировом рынке технологий доступа.


Типовая схема соединения ADSL


Технология ADSL базируется на идее использовать существующую або­нентскую телефонную линию для обеспечения абонентов услугами широко­полосного доступа. При этом в технологию были заложены некоторые осно­вополагающие принципы:

1. В технологии предусмотрена организация асимметричного обмена данными.





Рис. 1.5. Преобразование телефонного соединения в соединение ADSL


2.При внедрении ADSL объем работ должен быть минимальным, посколь­ку технология ADSL изначально ориентирована на массовое внедре­ние этой технологии.

При любых нарушениях в оборудовании или сети NGN традиционная телефонная связь должна работать. В технологии используются существующие абонентские линии теле­фонной сети, в каком бы состоянии они не были.

На этих основаниях выросла вся структура технологии ADSL. На рис. 1.5 представлен процесс миграции обычной телефонной линии в систему або­нентского широкополосного доступа ADSL.

В основе типовой схемы абонентского подключения лежит использование принципа частотного разделения. Весь сигнал, PSD

передаваемый по або­нентской линии, делится в час­тотном диапазоне на три части (рис.1.6):

• диапазон передачи сиг­налов традиционной те­лефонии (POTS);
  
• диапазон для ADSL линия вверх (ADSL up);
  
• диапазон для ADSL линия вниз (ADSL down).
  

Асимметричный обмен пре­дусматривает, что скорость пе­редачи данных от абонента к узлу сети (линия вверх) будет заведомо меньше, чем ско­рость передачи от узла сети к абоненту (линия вниз). Поэтому для передачи данных по линии вверх отводится меньший частотный диапазон в телефон­ном канале. Технология ADSL занимает общий диапазон до 1,1 МГц.

В качестве примера распределения частотного диапазона телефонной ли­нии на рис.1.6 показано «три горба» сигналов ADSL для случая, когда эта тех­нология внедряется на обычной телефонной линии. В таком случае телефон­ный сигнал занимает диапазон от 0,3 до 20 кГц, ADSL по линии вверх - диапа­зон от 30 кГц до 140 кГц, а сигнал ADSL по линии вниз - от 140 до 1100 кГц.

Для обеспечения частотного разделения сигналов по обеим сторонам быв­шей телефонной линии устанавливаются разветвители сигнала (сплиттеры), которые выполняют функции разделения между цепями телефонии и широко­полосного доступа ADSL. Телефонная связь (или связь ISDN) передается, как и раньше, в своем частотном диапазоне. В зависимости от того, являлась ли або­нентская линия линией обычной телефонной сети или линией ISDN, различают­ся два стандарта ADSL (ниже мы будем обсуждать различные стандарты).

В случае использования обычной телефонной линии телефонная связь передается в диапазоне от 300 до 3400 Гц, ADSL занимает частоты, начиная с 30 кГц.

В случае использования линии ISDN данные ISDN передаются в диапа­зоне до 80 кГц, a ADSL занимает частоты, начиная со 138 кГц.

Сплиттеры представляют собой пассивные элементы, сделанные на ос­нове двух фильтров: фильтра высоких частот (ФВЧ) и фильтра низких частот