В рубрику "Подвижная связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В.В. Афанасьев, исполнительный директор Ассоциации российских операторов GSM
В.И. Демчишин, директор Департамента аналитики и консалтинга ЗАО "Современные телекоммуникации"
Факторы, влияющие на применение решений NGN российскими операторами СПС
Актуальность перехода российских операторов сотовой подвижной связи (СПС) на идеологию NGN и применение соответствующих решений определяется рядом факторов:
Изменение структуры сетей СПС при внедрении NGN
С появлением услуг передачи данных (поколение 2,5G) в архитектуре сети СПС появляются новые элементы: линии "отвода" неречевого трафика (передача данных). Тенденция возрастания доли неголосового трафика в сетях 2,5G, активное развертывание сотовыми операторами скоростных технологий передачи данных ED-GE/EV-DO, а также внедрение современных VAS-платформ предопределяют необходимость применения IP Backbone Network в качестве единой транспортной системы.
Кроме того, необходимость построения IP Backbone Network возникает из-за потребности (либо желания) операторов сетей 2,5G применять другие элементы NGN (SoftSwitch и IMS), а также использовать единую IP Backbone в качестве транспорта для SS7.
На рис. 1 показана эволюция подсистемы коммутации сети СПС. Здесь мы видим переход к модели распределенной коммутации, когда MSC Server выполняет задачи управления вызовом и формирования команд сигнализации, поступающих на медиашлю-зы MG. Последние обеспечивают передачу голосового трафика и трафика данных по IP-сети.
На рис. 2 представлено два варианта структуры сети СПС: классический и на базе концепции NGN. В первом варианте коммутирующие центры сети соединяются по принципу "каждый с каждым". Для варианта NGN характерно использование распределенной структуры, когда несколько управляющих элементов (MSC Server) контролируют работу медиашлюзов (MG), а связь между всеми элементами сети осуществляется через сетевую подсистему на основе протокола IP.
Особенности структуры сетей СПС 3G/UMTS при внедрении NGN
Появление концепции NGN и ее подсистем (Softswitch и IMS) отразилось в структуре сетей СПС 3G. В свою очередь, архитектура NGN применительно к сетям СПС имеет ряд особенностей. В общем виде архитектура сети NGN (мобильный вариант) может быть представлена следующим образом (рис. 3). Отметим, что представленная структура имеет те же уровни, что и традиционная функциональная модель NGN.
Уровень транспорта имеет следующие подуровни: ядро (Backbone) и агрегация (Edge). Последний подуровень предназначен для организации высокоскоростного транспорта между MGW и MSC Server, которые находятся на границе уровней агрегации и доступа.
Уровень доступа реализован на основе радиоподсистем BSS (GSM) или UTRAN (UMTS). Кроме того, транспортная сеть оператора СПС имеет сегмент (подуровень) "Распределительная сеть" (backhaul), связывающий базовые станции с контроллерами и центрами коммутации (MSC - Mobile Switching Center).
При внедрении NGN в сети СПС 2,5/3G следует учитывать особенности структуры радиоподсистемы и подсистемы коммутации.
Эволюция подсистемы коммутации сети 3G в соответствии с 3GPP Rel 5 приведена на рис. 4. Благодаря вводу в структуру IMS-подсистемы расширились функциональные возможности PS-домена.
Отметим еще одну особенность транспортных сетей NGN-СПС 3G. Если для сетей 2G/2,5G основу составлял транспорт TDM (подсистема back-haul), то для 3GPP (UMTS) Rel.4 предполагается в качестве транспорта АТМ, a 3GPP (UMTS) Rel.5/6 будет реализо-вываться на базе Ethernet/IP/MPLS.
На рис. 5 условно изображено использование транспортных технологий в зависимости от версий стандарта 3GPP (UMTS).
Вероятно, в перспективе и на уровне сопряжения с оптическими каналами транспортная сеть NGN будет трансформироваться в сторону решений на базе Ethernet и IP/MPLS, которые в скором времени могут начать вытеснять аппаратуру PDH/SDH.
Объединение доменов CS и PS (см. рис. 3) на базе ядра IP/MPLS представляется одним из основных преимуществ инфраструктуры на базе NGN. Отметим, что такая реализация ядра транспортной сети позволит в будущем с минимальными инвестициями перейти на платформу IMS, а в дальнейшем и к варианту all-IP.
Место гибкого коммутатора в структуре коммутационной подсистемы оператора СПС
Если в сфере сетей фиксированной связи сторонники решений на базе IP и гибкого коммутатора (Softswitch) появились достаточно быстро, то у операторов СПС до внедрения технологии пакетной коммутации речь об NGN даже не шла. Только после начала работ по проекту 3GPP, где был поставлен вопрос о концепции перехода от сетей GSM к сетям 3G, идеология NGN/Softswitch была взята на вооружение мобильным сообществом. Так, первое упоминание о Softswitch-архи-тектуре относится к 3GPP Rel 4.
Отметим, что уже при создании архитектуры сетей GPRS/EDGE (3GPP Rel. 99, 2,5G) были определены два домена: принципиально новый домен PS (Packet Switch, домен коммутации пакетов) и домен CS (Channel Switch, домен коммутации каналов). Последний обрабатывает трафик сигнализации и пользовательский трафик, обусловленные предоставлением услуг по коммутируемым каналам (рис. 6).
Новый домен PS предназначен для обработки трафика в пакетном режиме, а для его реализации необходимы такие элементы, как SGSN и GGSN. На рис. 8 приведена архитектура сети СПС, поддерживающая услуги CS-и PS-доменов. Реализация функций домена CS выполняется с помощью структурных элементов MSC, VLR и GMSC.
Для построения PS-сегмента предложена двухуровневая архитектура, базирующаяся на технологии IP. Нижний уровень состоит из совокупности внутренних сетей, принадлежащих отдельным операторам СПС и объединяющих узлы (фрагменты сети) одного оператора. При этом основой для построения PS-сегмента базовой сети могут служить PS-сегменты сетей стандарта GSM фазы 2+ с учетом требований по включению дополнительных интерфейсов, предусмотренных стандартами UMTS.
Основными элементами внутренних сетей являются:
Взаимодействие этих элементов между собой осуществляется через внешнюю транспортную сеть (верхний уровень предложенной архитектуры).
Создание сегмента коммутации пакетов базовой сети предлагается осуществлять поэтапно. На первом этапе должны быть созданы внутренние сети, взаимодействующие между собой по выделенным каналам существующей первичной сети или по постоянным соединениям виртуальных каналов ATM.
В качестве основных требований, предъявляемых к PS-сегменту, определены следующие:
При модернизации архитектуры сетей GSM/GPRS переработке в первую очередь подвергся CS-домен на базе Softswitch-идеоло-гии. Здесь появился так называемый Mobile Softswitch (распределенный MSC). Mobile Softswitch состоит из MSC Server (MSC-сервер) и блока CS-MGW (Circuit Switched -Media Gateway Function). Основные функции MSC Server - управление вызовом и мобильностью, прием пользовательской сигнализации и ее преобразование в соответствующий сетевой формат. В состав MSC Server входит блок, функционально идентичный VLR, обеспечивающий хранение данных об абонентах. В ряде случаев MSC Server может выполнять функции управления соединением с внешними сетями, тогда его определяют как Gateway MSC Server.
В решении ряда вопросов, обсуждаемых в данной статье, блок CS-MGW играет ключевую роль, поскольку функционально он расположен на границе с транспортной опорной сетью оператора СПС или с сетью ССОП и осуществляет двухстороннее преобразование сигнализации. Для взаимодействия MSC Server и CS-MGW используется протокол Н.248.
При разработке Rel 4 3GPP удалось сохранить технологию коммутации каналов (в зоне "мобильный терминал CS-MGW"), что обеспечивает прозрачность сети 3G для сотовых телефонов, работающих в стандарте GSM.
При этом, как мы уже отмечали, опорная сеть должна быть реализована на базе ATM/I P-транспорта.
В документации 3GPP Rel 4 для поддержки взаимодействия элементов сети СПС определены основные интерфейсы и протоколы. Например, интерфейс Мс - участок MSC Server - CS-MGW, Nc - связь между несколькими MSC Server, обеспечивающими конкретную сессию, Nb - взаимодействие между различными CS-MGW.
Основные протоколы для Rel 4: H.248/Megaco, SIGTRAN и Bearer Independent Call Control (BICC). Так, MSC Server использует H.248/Megaco для управления MGW поверх Mc. Протокол SIGTRAN используется для транспортировки сигнализации С7 поверх IP-сетей. Кроме того, данный протокол используется для связи MGW и MSC Server и передачи команд сигнализации GSM/UMTS Radio Network к MSC Server поверх Mc-интерфейса. В CS-домене SIGTRAN может быть использован для связи MSC Server с HLR и IN/SCP. Протокол BICC используется для управления вызовом между двумя MSC Servers по Nc-интерфейсу, обеспечивая независимость подсистем (уровней) Control Plane и User Plane.
Подсистема IMS - внедрение сервисных платформ для дополнительных услуг NG
Одним из базовых элементов новой NGN-архитектуры, определенной 3GPP Rel 5, стала подсистема IMS (IP Multimedia Subsystem). Ниже мы остановимся на основных элементах подсистемы IMS, которая без преувеличения концептуально изменила взгляд на построение телекоммуникационной сети.
Как следует из названия, IMS предназначена для предоставления абонентам мультимедийных услуг на основе протокола IP. Очевидно, что по мере развития услуг на базе IP роль IMS будет возрастать, в то время как значение доменов CS и PS начнет снижаться. По определению, предложенному 3GPP, IMS - это подсистема, в которой транспорт и услуги по переносу трафика отделены от сигнальной сети и функций управления сессией. В определенном смысле это совпадает с идеями, положенными в основу идеологии Softswitch.
Отметим, что применительно к IMS 3GPP стандартизирует не блоки подсистемы, а ее функции. Таким образом, архитектура IMS воспринимается как набор функций и стандартизованных интерфейсов. В IMS предусмотрено несколько функциональных уровней: User Plane (пользовательский), Control Plane (управления), Application Plane (приложений). На рис. 9 показано взаимодействие подсистемы IMS с функциональными элементами сети UMTS как на уровне радиоподсистемы, так и уровнях управления (Softswitch) и приложений.
С введением новой подсистемы резко возрастает роль качества предоставляемых услуг (QoS) и его контроля. Это особенно актуально для мультисервис-ных сетей, к которым все более приближаются СПС. Здесь большую роль играет использование протокола SIP.
Ориентация на IMS/SIP позволяет оператору задать качество связи для конкретного абонента, дифференцировав услуги.
Наличие открытых интерфейсов позволяет внедрять услуги, разработанные различными производителями, а также интегрировать их друг с другом. Резко возрастают возможности персонализа-ции услуг. Отметим, что наличие IMS подразумевает горизонтальную архитектуру сервисного уровня, что, кроме всего прочего, позволяет абоненту получить доступ к различным услугам в рамках одной сессии. Благодаря поддержке семейства IP-протоколов IMS позволяет устанавливать мультимедийные сессии с различными службами. При этом сохраняется возможность взаимодействия с сетями, реализованными на базе коммутации каналов (2G или классические ССОП).
Первая редакция IMS (3GPP Rel 5) содержит ряд подсистем и соответственно протоколов, ориентированных на GPRS. В следующем варианте (3GPP Rel 6) разработчикам стандарта удалось отделить функции доступа от ядра сети, что позволяет говорить о создании службы доступа, названного IP Connectivity Access (доступ для транспортировки IP-трафика между подсистемами IMS и оборудованием абонентов). Взаимодействие систем связи на основе пакетной коммутации с сетями на основе коммутации каналов реализовано с помощью функций MGCF, SGW и IMS-MGW. Отметим, что по проекту TISPAN возможно использование как протокола IP v.4, так и IP v.6.
Отдельно следует выделить и проблему роуминга при использовании IMS. Кроме GPRS-роуминга, предстоит отработать IMS-роуминг, когда поддержку необходимой функциональности обеспечивает домашняя сеть абонента. Наиболее сложный вопрос - CS-роуминг (между сетью с коммутацией каналов и IMS-сетью).
Взаимодействие элементов подсистемы IMS в структуре сети СПС 2,5/3G представлено на рис. 10. Среди основных элементов: СРД - сеть радиодоступа; Б С - базовая станция; КБС - контроллер базовой станции; КРС - контроллер радиосети; SGSN -Serving GPRS Support Node, SN - Gateway GPRS Support Node - функциональные элементы сети GPRS; AT - абонентский терминал.
Необходимо также отметить, что для реализации платформы IMS аппаратура сети СПС должна поддерживать протокол SIP, обеспечивающий взаимодействие приложений на уровне пользователя. Основная идея доставки приложений до абонента и его интерактивного взаимодействия на основе SIP представлена на рис. 11.
Миграция транспортной NGN-сети к идеологии all IP будет происходить на основе протокола IP v.6, который обеспечит поддержку мультимедийных услуг нового поколения. В этом случае станет возможным реализовать QoS на всех уровнях, вплоть до конечного пользователя.
Как уже говорилось выше, MSC Server в 3GPP Rel 5 будет реализовывать две функции: Media Gateway Control Function (MGCF) и Call SESSION Control Function (CSCF), но это по-прежнему будет идеология SoftSwitch. Отметим, что управление мультимедийным вызовом существенно отличается от управления голосовым вызовом. Тем не менее все управление и обслуживание вызова (как голосового, так и мультимедийного) будет поддерживаться SIP-протоколом (на уровне SIP-команд).
Существенно, что платформа IMS предполагает конвергенцию сетей различной природы. Так, на общей IMS-платформе (IMS-Core) можно будет развернуть сети 2G/3G/Wi-Fi (рис. 12).
Особенности внедрения NGN при реализации сетей 3G/UMTS в РФ
Сетевые аспекты внедрения систем 3G/UMTS в Российской Федерации были проанализированы в научно-исследовательской работе (НИР) "Разработка сетевых аспектов развития сетей связи 3-го поколения в России" (шифр "Сеть-3G"). Данная НИР проводилась в 2001-2003 гг. российской Ассоциацией 3G совместно с ведущими отраслевыми НИИ (ЛОНИИС, НИИР, ЦНИИС, ГИПРОСВЯЗЬ, ГСПИ РТВ). Одним из основных результатов этой НИР явилась разработка принципов поэтапного создания транспортной инфраструктуры для пакетной передачи данных для сетей 3G.
В качестве основных факторов, определяющих требования к структуре транспортной сети UMTS и характеристикам транспортных услуг в части обеспечения требуемого качества обслуживания, рассматриваются значительная географическая протяженность и неравномерность развития инфраструктуры сетей связи, входящих в Единую сеть связи РФ. С целью оптимизации финансовых и временных затрат на развертывание сетей 3G/UMTS и наиболее полного охвата услугами населения нашей страны предлагается использовать ресурсы мультисервисных транспортных сетей разных операторов, отвечающих указанным выше требованиям.
В ходе НИР "Сота-3G", проведенной в 2000-2002 гг. российской Ассоциацией 3G совместно с оператором "Межрегиональный Транзит Телеком", были представлены предложения по архитектуре магистральной транспортной сети GPRS/UMTS (рис. 13).
Сеть GRX в минимальной конфигурации должна включать:
При этом необходимо соответствие определенному Service Level Agreement (SLA) на всех путях между GRX. Ядро ATM, реализованное на базе соединенных между собой коммутаторов ATM, является основой для построения как сегмента с коммутацией каналов, так и сегмента с пакетной коммутацией и обеспечивает базу для реализации необходимых ATM-, FR- и IP-интерфейсов.
Вероятно, оператор "Межрегиональный Транзит Телеком" уточнит предлагаемые ранее решения после выдачи Администрацией связи соответствующих лицензий на услуги 3G.
Изменение структуры сетей СПС при внедрении NGN
Необходимость модернизации является одним из основных движущих факторов внедрения решений NGN в сетях операторов СПС России. Основными причинами модернизации являются следующие:
Место и технология внедрения решений NGN в сетях СПС российских операторов не регламентируются новыми отраслевыми нормативными документами.
Предполагается, что модернизация сетей СПС в направлении NGN будет происходить путем эволюционной согласованной замены различных элементов (на базе TDM-решений) на решения NGN в составе транспортной сети нового поколения, SoftSwitch, мультимедиашлюзов, мультисервисных абонентских платформ доступа, платформ приложений на базе IMS и др.
При переходе от первичных TDM-сетей к мультисервисной транспортной IP-сети для некоторых операторов может оказаться привлекательным одномоментный переход на новую технологию. В этом случае оборудование SDH либо более не используется, либо эксплуатируется далее совместно с коммутаторами ATM. Это означает, что мультисервисная сеть будет основана на принципе "ATM over SDH". Возможны также и другие решения: в частности, новое поколение оборудования SDH содержит порт Ethernet, что позволяет использовать подход "Ethernet over SDH". Он считается привлекательным благодаря возможностям SDH по эффективному управлению транспортной сетью.
С системной точки зрения переход к IP-технологии в сетях СПС имеет ряд весьма специфических особенностей. Например, модернизацию сети в большинстве случаев необходимо начинать с построения базовой IP-сети (Core Network), поддерживающей все показатели QoS, определенные для пакетных технологий.
Мультисервисные сети, за исключением их строительства новым оператором, будут формироваться на базе эксплуатируемых ныне аппаратно-программных средств и линейных сооружений.
Другой особенностью решений NGN для сетей СПС можно считать наличие двух вариантов структуры NSS UMTS: с выделенным MSC Server либо с совмещенным MSC Server и MGW (рис. 14.).
Выводы
Возрастание доли неголосового трафика и перспективы внедрения современных VAS-платформ предопределяют необходимость применения IP Backbone Network в качестве единой транспортной системы сетей СПС 2,5/3G.
Появление концепции NGN и ее подсистем (Softswitch и IMS) отразилось на принципах развития структуры сетей СПС 2,5/3G. В свою очередь архитектура NGN применительно к сетям СПС имеет ряд особенностей.
Основу сетей 2G/2,5G составляет транспорт TDM (подсистема back-haul), но для сетей 2,5/3G согласно 3GPP (UMTS) Rel.4 предполагается в качестве транспорта АТМ, а 3GPP (UMTS) Rel.5/6 будет реализовывать-ся на базе Ethernet/IP/MPLS.
На уровне ядра транспортной NGN-сети СПС обеспечивается управление транспортными потоками (голос, видео, данные, сигнализация) с возможностью задания качества обслуживания (QoS). В сети NGN также предусмотрена поддержка VoMPLS, VoIP и VoATM.
При модернизации архитектуры сетей GSM/GPRS ключевым элементом становится гибкий коммутатор, так называемый Mobile Softswitch, или распределенный MSC.
Одним из базовых элементов новой NGN-архитектуры, определенной 3GPP Rel 5, стала подсистема IMS. Для реализации платформы IMS аппаратура сети СПС должна поддерживать протокол SIP, обеспечивающий взаимодействие приложений на уровне пользователя.
Миграция транспортной NGN-сети к идеологии all IP будет происходить на основе протокола IP v.6, который обеспечит поддержку мультимедийных услуг нового поколения. В этом случае станет возможным реализовать QoS на всех уровнях вплоть до конечного пользователя.
Модернизация сетей СПС в направлении NGN будет происходить путем эволюционной согласованной замены различных элементов (на базе TDM-решений) на решения NGN в составе транспортной сети нового поколения, SoftSwitch, мультимедиашлюзов, мультисервисных абонентских платформ доступа, платформ приложений на базе IMS и др.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #5, 2006
Посещений: 17308
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Подвижная связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
