Ноябрь 21, 2018

Основные принципы сетей следующего поколения NGN

Термин «сети следующего поколения» NGN (Next Generation Networks) появился в телекоммуникационной литературе в начале нового тысячелетия. Идею разработки NGN, предложенную в 2001 г. Европейским институтом стандартов электросвязи ETSI (European Telecommunications Standards Institute), поддержал Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т). В июле 2003 г. на специальном семинаре по NGN в рамках исследовательской комиссии ИК 13 МСЭ-Т была образована Смешанная группа докладчиков (Joint Rapporteur Group, JRG) по NGN, которая подготовила проекты первых рекомендаций по NGN. Первые две рекомендации МСЭ-Т - Y.2001 и Y.2011 - были утверждены в конце 2004 г. в новой серии Y. 2000, специально выделенной для рекомендаций о NGN. На начало 2011 года в этой серии уже было 70 рекомендаций, которые относятся к так называемой первой версии NGN (NGN release 1). В последнее время в МСЭ-Т начаты работы по второй версии (NGN release 2).

Основными объективными предпосылками возникновения идеи сетей следующего поколения NGN являются:
- успехи пакетных технологий передачи информации, обусловившие бурный рост цифрового трафика, прежде всего за счет расширения использования Интернет;
- увеличение спроса на подвижную связь и на новые мультимедийные службы Triple Play (совместной передачи голоса, видео, данных);
- конвергенция (взаимопроникновение) сетей электросвязи и информационно-вычислительных сетей, развитие инфокоммуникационных сетей.

Следует особо отметить одну из основных причин появления идеи NGN – завершение жизненного цикла эксплуатируемых цифровых коммутационных станций телефонной сети и желание не заменять их такими же станциями, а радикально модернизировать сеть с целью предоставления всего комплекса услуг Triple Play. Таким образом, технология NGN является новым способом развития и модернизации существующих сетей связи и, в первую очередь, телефонных сетей связи общего пользования.

Согласно определению, приведенному в Рекомендации МСЭ-Т Y.2001, сеть следующего поколения (NGN) – это сеть с пакетной коммутацией, способная обеспечить пользователей разнообразными узкополосными и широкополосными услугами, включая услуги телефонной связи, основанная на широкополосной сети с пакетной технологией транспортировки, обеспечивающей необходимое качество услуг QoS (Quality of Service), в которой функции, связанные с предоставлением услуг, не зависят от технологий транспортировки информации. Сеть NGN дает пользователям неограниченный доступ к различным услугам провайдеров и поддерживает обобщенную мобильность, которая позволяет пользователям получить доступ к услугам в любом месте и в любое время..

В рекомендации МСЭ-Т Y.2012 перечислены основные принципы функциональной архитектуры NGN:
1. Поддержка множества технологий доступа – функциональная архитектура NGN должна обладать гибкой конфигурацией, необходимой для поддержки множества технологий доступа.
2. Распределенное управление – должен использоваться принцип распределенной обработки в пакетных сетях и поддерживаться прозрачность местоположения для распределенных вычислений.
3. Открытое управление – сетевые интерфейсы управления должны быть открыты для поддержки процессов создания новых и изменения существующих услуг и поддержки средств обеспечения логики услуг сторонних поставщиков.
4. Независимость предоставления услуг – процесс предоставления услуг должен быть разделен между функциями транспортной сети, работающей с использованием указанного выше механизма распределенного открытого управления. Это приведет к поддержке конкурентного окружения при развитии NGN, которое будет способствовать ускорению процессов внедрения новых услуг.
5. Поддержка услуг конвергентных сетей - это необходимо для создания гибких, простых в использовании мультимедийных услуг для замещения технических возможностей конвергентных фиксировано-мобильных сетей с помощью функциональной архитектуры NGN.
6. Расширенные возможности безопасности и защиты – это базовый принцип открытой архитектуры, он требует обязательной защиты сетевой инфраструктуры с помощью механизмов обеспечения соответствующих уровней безопасности и живучести сети.

Для реализации этих функций в Рекомендации МСЭ-Т Y.2011 предложена базовая эталонная модель NGN, включающая два уровня: уровень услуг NGN (service stratum) и уровень транспорта NGN (transport stratum), каждый из которых содержит по три плоскости: пользователя, управления и менеджмента (рис 1.1).


Функциональность уровней базовой эталонной модели NGN раскрывается в общей функциональной архитектуре NGN первой версии (NGN release 1), приведенной в Рекомендации МСЭ-Т Y.2012 (рис 1.2). На каждом из уровней используется несколько функций. Так для предоставления услуг/приложений конечным пользователям используются функции поддержки приложений и функции поддержки услуг и соответствующие управляющие функции. NGN поддерживает точку сопряжения с функциональной группой приложений, называемую интерфейсом приложений сети ANI (Application Network Interface), который реализует канал взаимодействия и обмена информацией между приложениями и элементами сети NGN. ANI обеспечивает возможности и ресурсы, необходимые для реализации приложений. Транспортный уровень обеспечивает услуги IP-соединений для пользователей сети NGN с помощью функций управления транспортом, включая функции управления сетевыми подключениями NACFs (Network Attachment Control Functions) и функции управления ресурсами и доступом RACFs (Resource and Admission Control Functions).


В соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т Y.2011 функции транспортного уровня включают непосредственно транспортные функции и функции управления транспортом.

Транспортные функции (transport functions) обеспечивают соединение всех компонент и физически разделенных функций внутри NGN. Эти функции поддерживают передачу медиаинформации, а также информации управления (сигнализации) и технического обслуживания. Транспортные функции включают функции сети доступа, пограничные функции, функции транспортного ядра (магистрали) и функции шлюзов.

Функции сети доступа (access network functions) обеспечивают подключение конечных пользователей к сети, а также сбор и агрегацию трафика, поступающего из сети доступа в транспортную магистраль (ядро). Эти функции также реализуют механизмы управления качеством обслуживания QoS, связанные непосредственно с пользовательским трафиком, включая управление буферами, очередями и расписаниями, пакетную фильтрацию, классификацию трафика, маркировку трафика, определение политик обслуживания и формирование профиля передачи трафика.

Функции сети доступа зависят от используемой технологии доступа, например, они различаются для беспроводной технологии CDMA и проводной технологии доступа xDSL. В зависимости от технологии, используемой для доступа к услугам NGN, сеть доступа включает функции, связанные с:
1) кабельным доступом;
2)доступом по технологиям xDSL;
3)беспроводным доступом (например, технологии IEEE 802.11 (WiFi) и 802.16 (WiMAX) и доступ 3G RAN);
4)оптическим доступом.

Пограничные функции (edge functions) используются для обработки трафика, который получается путем агрегирования трафика, поступающего из различных сетйе доступа и передается в магистральную транспортную сеть, они включают функции, связанные с поддержкой качества обслуживания QoS и управления трафиком. Пограничные функции используются также между магистральными транспортными сетями.

Магистральные транспортные функции (сore transport functions) отвечают за гарантированную передачу информации через транспортную сеть с различным уровнем качества. Они обеспечивают механизмы реализации заданного уровня качества передачи QoS для пользовательского трафика включая управление буферами, очередями и расписанием, фильтрацию пакетов, классификацию, маркирование и формирование трафика, контроль соблюдения правил обслуживания, управление шлюзами и функции межсетевых экранов.

Функции шлюзов (gateway functions) обеспечивают возможности взаимодействовать с функциями конечных пользователей и/или другими сетями, включая другие типы сетей NGN и множество существующих сетей, таких как ТфОП/ISDN, публичный Интернет и другие. Функции шлюзов могут управляться или непосредственно функциями уровня управления или через функции управления транспортной сетью.

Функции обработки медиаинформации (media handling functions) обеспечивают обработку медиаинформации при предоставлении услуг, таких как генерация тональных сигналов и перекодирование. Эти функции реализуются специальными ресурсами обработки медиаинформации на транспортном уровне.

Функции управления транспортной сетью (transport control functions) включают функции управления ресурсами и доступом и функции управления присоединением к сети.

Функции управления ресурсами и доступом RACFs (Resource and Admission Control Functions) действуют как арбитр между функциями управления услугами и транспортными функциями для поддержки QoS и связаны с управлением транспортными ресурсами в сети доступа и в магистральной транспортной сети. Решение по управлению основывается на информации о требуемом транспорте, соглашениях о заданном уровне обслуживания SLA, правилах сетевой политики, приоритетах усулг и информации о состоянии и использовании транспортных ресурсов. Функции RACF обеспечивают абстрактный подход к инфраструктуре транспортной сети для функций управления услугами SCFs (Service Control Functions) и обеспечивают сервис-провайдерам независимость от сетевой топологии, связности, загрузки ресурсов, механизмов/технологий QoS и др. Функции RACF взаимодействуют с функциями SCF и транспортными функциями для различных приложений (например, SIP-вызовы, потоковое видео и др.), что требует управления транспортными ресурсами NGN, включая управление QoS, управление NAPT/firewall и прохождение трансляции сетевых адресов на уровне портов NAPT.

Функции управления подключением к сети NACFs (Network Attachment Control Functions) обеспечивают регистрацию на уровне доступа и инициализацию функций конечного пользователя для услуг доступа NGN. Эти функции обеспечивают транспортный уровень идентификацией/авторизацией, управляя пространством IP-адресов в сети доступа и аутентификации сессий доступа. Они также сообщают конечным пользователям о контактной точек к функциям NGN на уровне услуг. Функции NACF включают транспортный профиль пользователя, который храниться в виде функциональной базы данных, включающей пользовательскую информацию, а также другие данные управления.

Уровень услуг (service stratum) включает:
- функции управления услугами, включая функции профилей услуг пользователей;
- функции поддержки приложений и функции поддержки услуг.

Функции управления услугами (service control functions) включают управление ресурсами, функции регистрации, аутентификации и авторизации для различных услуг на уровне услуг. Они также могут включать функции управления медиаресурсами, такими как специализированные устройства и шлюзы на сигнальном уровне. Функции управления услугами поддерживают профили услуг пользователей, которые представляют собой комбинацию пользовательской информации и других данных управления, образующую индивидуальный профиль каждого пользователя и объединенные в функциональные базы данных.

Функции поддержки приложений и функции поддержки услуг (application support functions and service support functions) включают функции шлюзов, регистрации, аутентификации и авторизации на уровне приложений. Эти функции доступны функциональным группам «приложения» и «конечные пользователи». Они работают совместно с функциями управления слугами для обеспечения конечных пользователей и приложений требуемыми услугами NGN. Через интерфейс «пользователь-сеть» UNI функции поддержки приложений и функции поддержки услуг обеспечивают точку доступа к функциям конечных пользователей. Взаимодействие приложений с данными функциями осуществляется через точку доступа, реализуемую интерфейсом «приложение-сеть» ANI.

Функции конечных пользователей (end-user functions)  не определяют никаких ограничений на пользовательские интерфейсы и сети конечных пользователей, которые могут быть соединены с сетью доступа NGN. Терминальные устройства пользователей услуг NGN могут быть любыми мобильными или стационарными устройствами.

Функции административного управления (management functions) обеспечивают возможность управлять сетью NGN для предоставления услуг с заданным уровнем качества, безопасности и надежности. Эти функции распределяются децентрализовано по всем функциональным блокам (FE) и они взаимодействуют с функциональными блоками управления сетевыми элементами, управления сетью и управления услугами. Функции административного управления используются на транспортном уровне и уровне услуг и для каждого этого уровня они реализуют следующие задачи:
- управление процессом устранения отказов (Fault Management);
- управление конфигурацией сети (Configuration Management);
- управление расчётами с пользователями и поставщиками услуг (Accounting Management);
- контроль производительности сети (Performance Management);
- обеспечение безопасности работы сети (Security Management).

С целью более простого понимания принципов построения сетей следующего поколения в большинстве публикаций по NGN приводится обобщенная 4-х уровневая архитектура NGN, в которой выделяются следующие уровни (рис. 1.3)


- уровень доступа, содержащий сеть абонентского доступа к транспортной пакетной сети;
- транспортный уровень, включающий магистральную пакетную сеть (сеть, построенную на базе протоколов пакетной коммутации IP или АТМ, в настоящее время чаще всего на базе технологии MPLS и протокола IP);
- уровень управления коммутацией, включает совокупность функций по управлению всеми процессами обслуживания вызовами в телекоммуникационной сети;
- уровень услуг и эксплуатационного управления, который содержит логику выполнения услуг и/или приложений и управляет этими услугами, имеет открытые интерфейсы для использования сторонними организациями (для разработки программ и новых услуг).

Терминальное оборудование не входит в состав сети NGN и в принципе может быть любым из набора абонентского оборудования существующих проводных и беспроводных сетей. Однако такое терминальное оборудование может быть включено в сеть NGN только через согласующее шлюзовое абонентское оборудование уровня доступа. Непосредственное подключение к сети возможно только пакетных абонентских терминалов, работающих с использованием протоколов SIP и Н.323.

Следует отметить, что в некоторых публикациях встречается еще более простая 3-х уровневая архитектура NGN, в которой функции уровня доступа и транспортной сети объединены в один транспортный уровень .

______________________________________
Материалы, представленные в данном разделе, взяты из книги "Мультисервисные платформы сетей следующего поколения NGN" под ред. А.В. Рослякова