В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Александр Горнак, технический директор ООО "Новые Системы Телеком"
Радиорелейные системы используются операторами связи и другими предприятиями в качестве альтернативных транспортных технологий уже длительное время.
Вот только некоторые примеры использования радиорелейных станций (РРС):
Очевидно, что потенциал применения радиорелейных систем является значительным, так как они имеют ряд преимуществ:
Цифровые радиорелейные системы исторически начинали развиваться как системы на основе TDM и были нацелены прежде всего на транспорт голосового трафика (потоков E1). Трафик данных в таких системах инкапсулировался поверх TDM-уровня.
Радиорелейные станции на основе пакетной передачи являются сравнительно новым типом продуктов в этом сегменте. Эти системы стали появляться в ответ на интенсивный рост трафика в операторских сетях (в связи с предоставлением широкополосных услуг) и необходимость повысить эффективность его передачи.
Традиционные TDM-платформы сталкиваются с жесткими ограничениями в емкости узла из-за ограничений коммутационной матрицы, основанной на коммутации цепей. Из-за гранулированности E1 при транспортировке пакетного трафика эффективная коммутируемая емкость меньше доступной. Таким образом, ресурсы матрицы используются не в полной мере. С другой стороны, компромисс между рыночной необходимостью увеличения числа каналов E1 (что, в свою очередь, экспоненциально увеличивает сложность матрицы) и необходимостью держать себестоимость продукции под контролем приводит к тому, что решения, доступные на рынке, предлагают ограниченные коммутационные возможности, не превышающие нескольких сотен мегабит в секунду.
Эти факторы делают такие (TDM) платформы не подходящими для развертывания в широкополосных приложениях, особенно когда преобладает пакетный трафик. Более того, в случае пакетных приложений дополнительно необходима Ethernet-коммутация, наложенная поверх TDM-матрицы, в результате чего получается неэффективное решение как с технической, так и с экономической точки зрения.
Так как в широкополосных пакетных сетях протокол Ethernet становится наиболее популярным протоколом второго уровня, то и пакетные РРС также ориентированы на использование Ethernet-кадров для передачи информации и упаковывают их непосредственно в радиоканал без промежуточного уровня TDM. Это снижает заголовочную избыточность для па кетного трафика и значительно уменьшает его задержки при обработке радиорелейными станциями, что особенно важно для критичного к задержкам трафика (например, VoIP), особенно в случае длинных цепочек переприемов.
Но наиболее важными функциями пакетных РРС, дающими наибольший полезный эффект, являются мультисервисная агрегация трафика и адаптивная модуляция в радиоканале.
Как и в проводных пакетных системах, применение пакетных РРС дает выигрыш за счет эффективного использования статистической природы трафика данных.
Традиционные TDM-платформы стекируют несколько потоков данных (E1, ETH...) по радиоканалу, поэтому в результате радиоемкость зависит от ряда физических интерфейсов, а не от реального трафика. Таким образом, не представляется возможным использовать статистическое мультиплексирование, и единственный способ определения необходимой ширины радиоканала - учет PIR (пиковая скорость передачи информации) для каждого соединения, вследствие чего выделенная полоса пропускания не используется большую часть времени (рис. 1).
Мультисервисную агрегацию можно представить как общий слой для всех услуг, и любой вид трафика может разделять общий радиоканал. Динамическое распределение пропускной способности взрывного трафика данных в сочетании с возможностью защитить строго приоритетный трафик позволяют комбинировать статистический выигрыш и дифференциацию услуг.
В результате радиоемкость отражает реальную потребность, так как радиоканал рассчитывается с учетом CIR (гарантированная скорость передачи данных) для каждого соединения, а не PIR. Таким образом, пропускная способность радио используется на 100% и не тратится впустую.
Другой элемент, повышающий эффективность использования пакетных РРС (и который не имеет аналога в проводном оборудовании), - использование механизмов адаптивной модуляции.
Самый простой способ увеличить емкость радиорелейного соединения - использовать более широкую полосу в области несущей частоты. Однако операторам выделяются ограниченные частотные ресурсы, и они вынуждены их использовать максимально эффективно.
Так, для пакетных РРС расчетная емкость радиоканала должна обеспечивать гарантированную скорость передачи в наихудших погодных условиях с уровнем доступности 99,995%. При этом будет использоваться не самая эффективная, но устойчивая к ошибкам схема модуляции данных в радиоканале. При улучшении погоды схема модуляции динамически изменяется на наиболее оптимальную для текущих условий. По статистике, такой подход позволяет в 3 раза увеличить эффективную пропускную способность радиоканала.
Следует отметить, что в TDM РРС адаптивная модуляция добавляет/удаляет емкость на уровне физических интерфейсов, при этом требуется применение дополнительных усилий, чтобы гарантировать удаление только низкоприоритетного трафика.
В пакетных платформах адаптивная модуляция добавляет/удаляет емкость от низкоприоритетных (best effort) служб вне зависимости от физического интерфейса. Отделение интерфейсов от классификации служб устраняет необходимость в дополнительных сетевых операциях, упрощает управление сетью и позволяет сбрасывать низкоприоритетный трафик независимо от интерфейса.
На рис. 2 ясно видны преимущества адаптивной модуляции в пакетных РРС. В TDM-платформе данные инкапсулируются в E1-потоки и различные приоритеты отнесены к E1-интерфейсам. Когда происходит уменьшение полосы, сбрасывается весь поток E1, в пакетной РРС адаптивная модуляция воздействует непосредственно на пакеты, используя полностью доступную емкость радиоканала и дифференциацию услуг на уровне пакетов.
Инфраструктура мобильной связи была за последнее десятилетие развернута повсеместно. Операторы наращивают свой бизнес, предлагая 2G/ 3G-службы голоса и данных (SMS, email, интернет-доступ).
Текущая мировая тенденция - предложение мобильными операторами новых широкополосных услуг, таких как загрузка мультимедийного контента, мобильное TV-вещание, онлайн-игры и др. Отраслевые и рыночные исследования прогнозируют с распространением широкополосных услуг быстрый рост прибыли от служб передачи данных.
Новые технологии мобильного доступа - 3,5G HSxPA , LTE , WiMAX - основываются на пакетных IP-платформах вместо TDM/ATM, используемых для 2G/3G-служб. Мобильные системы в течение следующих нескольких лет будут постепенно переходить на новые пакетные платформы. С появлением и ростом новых сервисов передачи данных "последняя миля" доступа начинает становиться самым узким местом в мобильной сети. Как раз на этих участках сетей (между узлами сотовой связи и контроллерами радиодоступа) мобильные операторы широко применяют радиорелейные системы связи. Почти 90% мобильных операторов используют РРС, их проникновение достигает до 60% от общего количества базовых станций. Поэтому, естественно, радиорелейным системам отводится важная роль в эволюции мобильных систем.
Очевидно, чтобы соответствовать требованиям растущего трафика данных, используемые в сети мобильного оператора РРС должны основываться на пакетных технологиях. Однако мобильные операторы также нуждаются в поддержке существующих 2G/3G-услуг, которые будут предлагаться по крайней мере до 2015 г. Это означает, что мобильные операторы нуждаются в радиорелейных системах, которые позволяли бы эффективно и качественно передавать гибридный трафик TDM + ATM, IMA + Ethernet и затем плавно мигрировать в сторону полностью пакетной сети.
Попробуем рассмотреть различные подходы к организации связи в сети радиодоступа мобильного оператора с помощью пакетных РРС, проанализи-ровать их и выявить достоинства и недостатки.
Среди возможного многообразия подходов рассмотрим три наиболее характерных, которые условно назовем так: только пакетная РРС, гибридная РРС и мультисервисная РРС.
Данный тип РРС имеет как минимум один радиоинтерфейс и один Ethernet-интерфейс (рис. 3).
Для передачи TDM + ATM + Ether-net-трафика в данном случае необходимо использовать дополнительное устройство с интерфейсами E1 TDM, E1 IMA и Ethernet для голоса и данных и с Ethernet-восходящим (uplink) интерфейсом для подключения к ра-диорелейной системе. Данное устройство выполняет роль мультисервисно-го агрегатора, эмулируя TDM/ATM-трафик поверх Ethernet-кадров. Эта связка устройств способна поддерживать передачу синхросигнала, необходимую для 2G/3G-услуг, используя такие механизмы, как синхронный Ethernet, адаптивная синхронизация (IEEE 1588v2) и синхронизация в пакетном радиоканале. При соответствующей маркировке и приоритетной обработке агрегированного трафика радиорелейная система способна с требуемым качеством передавать эмулированный TDM-трафик и обеспечить эффективное использование оставшейся полосы за счет статистического мультиплексирования данных. Однако в данной системе начинаются проблемы, если через механизм адаптивной модуляции снижается скорость в радиоканале. Мультисер-висный агрегатор напрямую не может "узнать" об этом событии, и один из способов снизить темп передачи муль-тисервисного агрегатора - использовать механизм Pause Frame. Но этот механизм предполагает приостановку передачи, а следовательно, привносит джиттер к передаваемому трафику. Этот джиттер приемлем для данных пакетного VoIP-трафика, но может оказаться разрушительным для трафика эмулированных каналов. Поэтому использование только пакетных РРС оправдано в сетях, где нет насле-дованного трафика и все данные пере-даются в пакетах, например в сетях WiMAX.
РРС этого типа имеет пользовательские интерфейсы E1 и Ethernet, а па-кетный и TDM-трафик напрямую упаковываются в радиоканал без какой-либо дополнительной инкапсуляции (рис. 4).
Полоса в радиоканале при этом делится следующим образом: фиксированная ее часть отводится под TDM, а оставшаяся - под пакетный трафик данных.
Плюс данного подхода - отсутствие избыточных заголовков (overhead) для TDM-данных и передача этих данных с тем же качеством, как это делают классические, полностью TDM ра-диорелейные станции.
Для пакетного трафика обеспечивается статистическое мультиплексирование, а для TDM-трафика - мультиплексирование на уровне 64 Кбит/сек. Адаптивная модуляция в таких системах реализуется за счет только пакетного трафика.
Недостаток этого подхода проявляется при передаче в TDM-каналах ATM-трафика с узлов сотовой связи 3G. В этом случае мы не можем для данных, передаваемых в ATM-ячейках, использовать статистическое мультиплексирование и вовлекать их в механизм адаптивной модуляции.
Гибридные РРС прекрасно решают свою задачу, когда мы имеем только TDM-трафик от 2G и Ethernet-данные от базовых станций 3,5G/LTE. При наличии еще и ATM-трафика более эффективными могут оказаться муль-тисервисные РРС, рассматриваемые далее.
Такая РСС в целом похожа на первую схему, но здесь существенно, что мультисервисный агрегатор является частью радиорелейной системы (рис. 5). Это значит, что механизм управления потоком является сервис-ориентиро-ванным, две подсистемы (IDU и ODU) "знают" о необходимости адаптации трафика к новой доступной полосе.
Отбрасывание пакетов осуществляется в соответствии с маркировками QoS на уровне PWE3/MPLS или на уровне Ethernet. Осведомленность системы о передаваемых сервисах позволяет получить максимальную выгоду как при использовании статистических механизмов при агрегации трафика, так и за счет максимального его вовлечения в сервис-ориентированный механизм адаптивной модуляции. К минусам этой системы можно отнести ее более высокую стоимость по сравнению с предыдущими вариантами.
Целью оператора является предоставление любых услуг любому пользователю с помощью наиболее подходящей технологии доступа, будь то 2G, 3G, Wi-Fi, WiMAX, DVB-T/DVB-H или другие. Задача сети - предоставление наиболее адекватного транспорта для поддержки услуг, которые хотел бы предложить оператор. Эволюция радиорелейных систем приводит к появлению платформ, которые обеспечивают поддержку новых широкополосных услуг без нарушения инфраструктуры сети. Пакетные РРС могут объединить требования наследуемых технологий с дополнительной поддержкой для нового пакетного транспорта. Это может защитить предыдущие инвестиции и одновременно обеспечить предоставление новых услуг, способствующих переходу к IP и конвергенции услуг, что приводит к новым источникам дохода.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #3, 2010
Посещений: 9148
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
