В рубрику "Техническое обозрение" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
А.А. Иванов, зам. директора центра ФГУП ЦНИИС
В.А. Соколов, аспирант ЦНИИС
Д.С. Терентьев, аспирант ЦНИИС
С.М. Ярлыкова, директор центра ФГУП ЦНИИС
Востребованность конвергенции в современной России
Сегодня одним из вопросов, находящихся в сфере интересов как мирового, так и российского телекоммуникационного сообщества, является конвергенция сетей связи. Повышенный интерес к этой столь непростой с технической точки зрения задаче вызван целым рядом причин.
Во-первых, одной из проблем развития современного общества являются неравные возможности получения инфокоммуникационных услуг жителями мегаполисов и небольших населенных пунктов, и подобная ситуация весьма типична для нашей страны.
Во-вторых, многие услуги (фиксированная и мобильная телефония, факсимильная связь, электронная почта, текстовые сообщения и потоковое видео) до сих пор ориентированы на различные сети. В результате каждый абонент одновременно пользуется услугами нескольких изолированных друг от друга сетей, которые предоставляют ему не связанные между собою наборы услуг. Необходимость использовать одновременно разные формы обработки информации, поддерживать разнородные услуги, предоставляемые населению, требует от государства больших постоянных экономических затрат.
Третий аспект проблемы заключается в том, что, как известно, современный рынок услуг электросвязи как в России, так и в мире характеризуется насыщением базовыми услугами и снижением темпов роста доходов от этих услуг. В сложившихся условиях увеличение доходов операторов от оказания услуг связи зависит от развития дополнительных услуг, предоставляемых в различных секторах рынка.
Именно поэтому на рынке растет интерес к строительству широкополосных сетей, ориентированных на пользователя, в которых все услуги будут взаимосвязаны и синхронизированы, а абонент будет получать доступ к услугам независимо от типа устройства, сети и своего местонахождения. Решения для широкополосной связи, работающие в сетях разных типов, будут конвергентными, что особенно актуально для разнородных сетей России. Передача контента будет осуществляться через аналоговые модемы, сети мобильной связи, каналы DSL и Wi-Fi, локальные сети (LAN), кабельные модемы, системы спутниковой связи и т.д.
Реализация подобной концепции требует наличия платформы предоставления услуг, которая обеспечивала бы быстрое внедрение новых услуг и их модификацию. Такая платформа должна позволять реализовывать новые бизнес-модели предоставления услуг, причем оператор должен сохранить привычные для себя функции, связанные, например, с техническим обслуживанием сети и расчетами с пользователями. Ряд нехарактерных для оператора функций по созданию новых видов услуг и поддержанию контента может быть возложен на сторонние компании, специализирующиеся на этой деятельности.
В России конвергентная связь, и в частности конвергенция сотовой и фиксированной связи (Fixed-Mobile Convergence - FMC), еще очень молода. Однако результаты исследования консалтинговой фирмы Vanson Bourne свидетельствуют о том, что направление FMC имеет хорошие перспективы развития в нашей стране: 15% из опрошенных сотрудников крупных российских предприятий сообщили, что постоянно используют единый телефонный номер, одновременно служащий в качестве мобильного и офисного. Пока это немного, однако для сравнения можно привести следующие цифры: в США и Великобритании на соответствующий вопрос анкеты утвердительно ответили по 11% респондентов, в Австралии - 9%.
Кроме того, сегодня почти все ведущие производители проявляют активный интерес к конвергентным решениям, и, по мнению аналитиков консалтинговой компании Heavy Reading, сегодня есть все основания полагать, что в течение нескольких ближайших лет конвергентные решения получат широкое применение, а примерно к 2012 г. исчезнут различия на магистральных линиях сетей связи.
Что есть конвергенция...
Согласно словарному определению "конвергенция" означает сближение разных систем, стирание различий между ними, обусловленное общностью проблем и наличием единых объективных закономерностей развития. Именно этот процесс и наблюдается в последнее время в сфере инфо-коммуникаций.
Создание и предоставление дополнительных услуг требует внедрения информационных технологий, среди которых доминирующими являются IP-технологии. Применение IP-технологий позволит создать единую транспортную среду, разработать новые бизнес-модели взаимодействия операторов, контент- и сервис-провайдеров. Главным требованием, предъявляемым сегодня к конвергентным сетям связи, является внедрение новых прибыльных приложений для конвергентных сетей, включая приложения для передачи голоса и данных на различные устройства доступа, которые могут работать где угодно (концепция all-in-view).
Как известно, конвергенция сетей связи рассматривается в трех аспектах:
Сетевая конвергенция предполагает использование единой инфраструктуры для предоставления фиксированных, мобильных и конвергентных услуг; это значит, что одна сеть обеспечивает множество сервисов на базе единого ядра, поддерживающего передачу мобильного и фиксированного трафика. Это станет возможным после создания единой транспортной сети на базе концепции NGN.
В рамках реализации конвергенции услуг архитектура сетей нового поколения предусматривает, что уровень соединения должен быть отделен от прикладного уровня. Пользователям, подключенным как по фиксированным, так и по мобильным каналам, становятся доступны все сервисы реального времени.
Иными словами, конвергентная услуга в сетях связи доступна с любого терминала, который использует абонент (телефон, смартфон, ПК, ноутбук), в любой сети, в которой действуют соответствующие предложения, и не зависит от местонахождения пользователя.
Конвергенция устройств означает реализацию поддержки единой сетью различных терминальных устройств в зависимости от типа доступа и видов сервиса.
Конвергируемые сети и используемые технологии
В настоящее время решаются задачи конвергенции в первую очередь фиксированных и мобильных сетей связи -FMC. Для конвергенции FMC можно выделить три основных варианта реализации конвергентных услуг:
Однако в качестве решения FMC для крупных операторов связи все же рассматривают одну из двух технологий: UMA и IMS. Это связано с тем, что решение организации услуг FMC на базе пользовательского оборудования на данный момент не стандартизовано. В результате производством шлюзов занимается очень ограниченное число поставщиков оборудования (таких, как Motorola и Avaya), каждый из которых предлагает свое уникальное решение. Среди других существенных недостатков решения организации конвергентных услуг на базе пользовательского оборудования можно выделить следующие:
Таким образом, в качестве решения для предоставления услуг FMC операторам связи целесообразно рассматривать две альтернативных технологии: UMA И IMS/VCC.
Особенности реализации конвергентных услуг на базе технологии UMA
Работа над технологией UMA (Unlicensed Mobile Access) была инициирована несколькими основными операторами и производителями оборудования в январе 2004 г. В результате была создана промышленная группа, в которую вошли такие компании, как Alcatel, BT, Cingular, Kineto Wireless, Motorola, Nokia, Nortel Networks, O2, Research in Motion, Rogers Wireless, Siemens, Sony Ericsson и T-Mobile US. Основные усилия данной инициативы были направлены на разработку стандартизованного решения для обеспечения доступа к возможностям опорной сети GSM через свободные от лицензирования сети беспроводного доступа.
Технология UMA стала первой стандартизованной технологией организации услуг FMC. На сегодняшний день она имеет наиболее проработанные стандарты реализации конвергентных услуг, которые обеспечивают прозрачный роуминг и хэндовер пользовательского терминала между сетями сотовой подвижной связи (СПС) и сетями WLAN (это достигается функциональной эквивалентностью контроллера сети UMA и контроллера сотовой сети). Используя двухрежимный терминал с поддержкой UM A, пользователь, находясь в сети радиодоступа WLAN, может получать услуги передачи речи и данных, аналогичные тем, которые ему доступны в традиционной сети сотовой связи GSM/GPRS.
На данный момент появились мобильные сети, предоставляющие своим абонентам услугу UMA. Первой компанией стала British Telecom с услугой BT Fusion, запущенной в 2005 г.
Лидером по внедрению платформ UMA является фирма Alcatel, которая предлагает два варианта внедрения UM A: автономное решение реализуется при подключении UMA-контрол-лера к сети GSM, а в рамках комбинированного решения Alcatel NGN-UMA можно внедрить поддержку UMA на сетях NGN. Способность переключения терминала между сетя-миWi-Fi и GSM при UMA-доступе реализована на программном обеспечении лидера в этой отрасли Kineto wireless. В свою очередь компании-производители сотовых телефонов (Nokia, Samsung, LG и Motorola) выпустили несколько моделей, поддерживающих UM A.
Архитектура конвергентной сети на базе UMA
На рис. 1 представлен пример организации конвергентных услуг в сетях 2-го и 3-го поколений мобильной связи на базе технологии UMA.
В технологии UMA требуется применение двухрежимного пользовательского терминала Wi-Fi/GSM, который позволяет предоставлять услуги передачи речи, данных, а также услуги IMS как в сети СПС стандарта GSM/GPRS, так и в сети радиодоступа (Wi-Fi или Bluetooth). Когда пользователь выходит за пределы зоны покрытия сети Wi-Fi, выполняется процедура хэндовера на ближайшую базовую станцию BTS сети подвижной связи GSM/GPRS. Аналогично, если пользователь возвращается в зону действия подходящей ему сети Wi-Fi/Bluetooth, подключение терминала передается обратно в сеть Wi-Fi.
К стандартной архитектуре сети GSM/GPRS добавляются следующие новые функциональные элементы:
Контроллер UNC подключается к одному MSC и одному узлу SGSN по интерфейсам A и Gb соответственно. Как уже говорилось выше, функции UNC эквивалентны функциям, выполняемым контроллером базовых станций BSC сети подвижной связи. Контроллер подключается к точке доступа WLAN через транспортное соединение IP. С мобильной станцией контроллер UNC взаимодействует через интерфейс Up, который функционирует через транспортную сеть IP и осуществляет перенос сигнализации GSM/GPRS между опорной сетью СПС и мобильной станцией. Протоколы сети GSM переносятся прозрачно между мобильной станцией и MSC. Это обеспечивает мобильной станции в сети WLAN доступ ко всем услугам сети GSM, которые ей могут быть доступны в подсистеме базовых станций сети GSM.
Использование UMA позволяет существенно улучшить качество радиопокрытия при достаточно низком уровне затрат на такое улучшение по сравнению с традиционными методами. Достоинством является и то, что использование Wi-Fi-связи в помещениях, по-видимому, обойдется операторам дешевле, чем применение GSM-связи. При этом, как ожидается, может произойти перераспределение части прибыли фиксированных операторов в пользу мобильных операторов.
Технология UMA появилась в тот момент, когда она не имела конкурентов в области реализации конвергентных услуг, поэтому многие операторы достаточно быстро принимали положительное решение относительно ее использования, однако с появлением решения IMS/VCC возникла проблема выбора между двумя возможными способами предоставления услуг FMC.
Особенности реализации конвергентных услуг на базе платформы IMS
Интеграцию услуг сетей фиксированной, подвижной связи и сетей WLAN и создание технологической основы для роуминга рекомендуется осуществлять на базе общей платформы IMS, которая позволяет использовать единую конвергентную коммуникационную инфраструктуру и внедрять приложения, функционирующие в разных сетевых средах. Данная платформа обеспечивает адаптацию услуг к возможностям пользовательского (оконечного) оборудования, унифицированные аутентификацию пользователей и тарификацию вызовов.
Рассматривая платформу IMS в качестве технологии для реализации конвергентных услуг, ее нельзя ставить в один ряд с другими вариантами организации услуг FMC, поскольку функции данной технологии намного шире. Основное отличие IMS заключается в том, что она является технологией уровней управления и услуг, в то время как другие способы реализации услуг FMC представляют собой технологии доступа. В частности, вполне возможно использовать комбинацию рассмотренной выше технологии UMA на уровне доступа и подсистемы IMS как средства предоставления современных мультимедийных услуг. Однако ниже в данном разделе будет рассматриваться случай реализации конвергентных услуг полностью на базе технологии IMS.
Сегодня уже целый ряд производителей имеет готовые решения для реализации конвергентных услуг на базе IMS. Так, компания Siemens предлагает законченное конвергентное решение для фиксированных и мобильных сетей связи в двух версиях: FMC 1.x и 2.x. Компания Motorola создала решение на базе радиочастотной идентификации (RFID), собственную платформу IMS и другие важные компоненты. Предложила свою продукцию фирма Ericsson и другие вендоры.
На сегодняшний день можно выделить несколько групп операторов, проявляющих интерес к использованию технологии IMS (см. таблицу на стр. 41).
Архитектура конвергентной сети на базе IMS
Пример реализации конвергентных услуг на базе платформы IMS представлен на рис. 2 (стр. 43). Как видно из рисунка, платформа технологии IMS позволяет создать архитектуру независимого доступа на основе IP-протокола, благодаря чему обеспечивается взаимодействие голоса и данных как для фиксированных сетей (PSTN, ISDN, Интернет), так и для мобильных пользователей (GSM, CDMA). Технология IMS может использоваться в сетях 2-го и 3-го поколений сетей подвижной связи стандартов GSM и cdma2000 и осуществлять взаимодействие с любыми IP-сетями (например, GPRS, WLAN, xDSL).
Технология IMS (IP Multimedia Subsystem) представляет собой набор функциональных сетевых элементов, необходимых для предоставления мультимедийных услуг пользователям терминалов сетей следующего поколения (NGN). Перечислим базовые функциональные элементы IMS-платформы:
При этом технология IMS не определяет никаких новых протоколов взаимодействия, а функционирует с использованием существующих протоколов сети Интернет, определенных IETF (SIP, SDP и Diameter). Подсистема IMS использует протокол SIP (Session Initiation Protocol) в качестве базового.
Модель реализации конвергентных услуг с использованием технологии IMS получила название Voice Call Continuity (VCC). Стандартизацией VCC занимается партнерство 3GPP. Ожидается, что окончательная версия данной спецификации появится в 2006 г.
Модель VCC обеспечивает прозрачное прохождение речевого вызова при переходах пользовательского терминала между сетью СПС, построенной на базе любой технологии (GSM, UMTS, CDMA), и любыми сетями беспроводного доступа, поддерживающими передачу речи поверх IP (VoIP). Технология IMS/VCC дает возможность использовать единый телефонный номер, а также обеспечивать хэндовер между сетью сотовой подвижной связи и WLAN. Как и в случае с UMA, абонент конвергентных услуг на базе технологии IMS/VCC должен использовать двух-режимный пользовательский терминал, способный функционировать и в сети сотовой связи, и в сети широкополосного беспроводного доступа (например, Wi-Fi). Когда терминал работает в сети WLAN, для передачи голосовой информации между терминалом и элементами управления вызова в опорной сети IMS используется сигнализация SIP, и пользовательский трафик передается по протоколу RTP.
Основные ограничения реализации конвергентных услуг
Технология UMA
Как было показано выше, для реализации решения FMC на базе технологии UMA необходимо внести небольшие изменения в существующую инфраструктуру сети GSM/GPRS: установить новые контроллеры UNC, обеспечивающие взаимодействие с пользовательскими терминалами, когда они находятся в сети ра-диодоступа WLAN, а также модернизировать программное обеспечение в части биллинга и аутентификации абонентов.
Однако, несмотря на относительную дешевизну решения UMA, связанную с незначительным изменением существующей инфраструктуры сети, может возникнуть ряд скрытых статей расходов на модернизацию сети. Дополнительные затраты возникают, в основном, в связи с резким увеличением объемов трафика, приходящегося на существующие элементы сети, поскольку контроллеры UMA подключаются к опорной сети GSM/GPRS по традиционным интерфейсам A и Gb. В результате может возникнуть необходимость расширения таких узлов, как MSC, SGSN и GGSN, а возможно, даже их замены.
Следует отметить еще один недостаток решения по организации услуг FMC на базе UMA. Несмотря на то что технология UMA обеспечивает неплохие характеристики при хэндовере вызова между сетями СПС и WLAN, она не поддерживает хэндовер между несколькими точками доступа внутри сети WLAN. Это значит, что если пользователь использует свой терминал в сети WLAN и в процессе разговора перемещается от одной точки доступа к другой, то вызов не переключается на другую точку доступа WLAN, а передается в сеть СПС. Подобная проблема несущественна в сетях домашних пользователей, обслуживаемых одной точкой доступа, однако является достаточно серьезным недостатком в крупных корпоративных сетях WLAN.
Кроме того, технология UM A может оказаться неприменимой для корпоративных сетей WLAN в связи с тем, что в подобных сетях обычно используются шлюзы/межсетевые экраны и средства AAA (Authentication, Authorization and Accounting) для доступа к услугам.
С точки зрения предоставления перспективных мультимедийных услуг подсистемы IMS технология UMA также имеет свои слабые стороны, поскольку не обеспечивает прямой интеграции пользовательского оборудования с протоколом SIP. Сеть UMA представляет собой туннель (мост) между мобильной станцией и контроллером UNC, из чего следует, что терминал пользователя не является объектом в сети IP "от начала до конца". Последним элементом, который будет "виден" со стороны IP-сети, является контроллер сети UMA. В результате невозможно обеспечить прозрачную работу некоторых услуг, требующих непосредственной адресации пользовательского оборудования по протоколу SIP, например услуги Presence.
Технология IMS/VCC
Технология IMS/VCC не имеет основных недостатков, свойственных технологии UMA. Во многом это связано с тем, что, как уже говорилось, IMS и UMA являются технологиями разного уровня. UMA - это технология доступа, а IMS - технология уровня управления/услуг.
Также вполне естественной для решения IMS/VCC выглядит полная интеграция пользовательского оборудования с протоколом SIP, что обеспечивает предоставление абоненту всего спектра современных мультимедийных услуг IMS.
Внедрив у себя на сети решение IMS/VCC, оператор может разгрузить существующую сеть СПС, уведя трафик в среду Wi-Fi и, возможно, в проводные широкополосные сети передачи данных.
Несмотря на ряд положительных сторон решения IMS/VCC, на сегодняшний день у него существует ряд ограничений.
Основным недостатком решения организации услуг FMC на базе IMS/VCC является незаконченность процесса стандартизации. На текущий момент 3GPP пока не утвердил техническую спецификацию, регламентирующую процедуру хэндовера между доменом с коммутацией каналов и доменом IMS.
Более того, данная техническая спецификация будет определять только принципы обработки речевых вызовов; передача данных с использованием сети WLAN должна обрабатываться отдельно; к тому же необходима организация параллельной структуры для управления и учета контентных услуг.
Вследствие незавершенности процесса стандартизации появление на рынке терминалов с поддержкой IMS/VCC ожидается только в начале следующего года. Это объясняется также более ранним появлением технологии UMA на рынке услуг FMC и соответственно отсутствием необходимой мотивации у производителей двухрежимных терминалов в части выпуска мобильных станций с поддержкой IMS/VCC. С точки зрения производителей оборудования, существует определенный риск, связанный с выпуском терминалов, поддерживающих новую технологию, ведь она может не найти отклика со стороны операторов связи (с учетом того, что уже существует альтернативная ей действующая технология UMA).
Технология IMS основана на протоколе SIP, что может вызывать определенные проблемы при использовании частных IP-адресов, которые обычно распространены в домашних и корпоративных сетях, подключенных через шлюз или межсетевой экран. С точки зрения оператора, проблемы будут заключаться в том, что реализация некоторых услуг будет зависеть от этих шлюзов/межсетевых экранов, не находящихся под контролем оператора (технология UMA использует туннель IPsec, который имеет меньше проблем при преодолении NAT). Однако в последнее время функции NAT становятся все более стандартизованными, что должно снизить значимость описанной проблемы.
Общими факторами, препятствующими конвергенции российских сетей, являются задержки с внедрением развитой пакетной магистральной базовой сети общего пользования, наличие большого парка морально и физически устаревшего оборудования. Невысок и платежеспособный спрос на мультимедийные услуги. Кроме того, до сих пор не решены вопросы конвергенции в регуляторной политике отрасли.
Выводы
В заключение необходимо отметить, что выбор оператором конкретной технологии реализации конвергентных услуг будет зависеть от целого ряда факторов, среди которых можно выделить следующие:
Технологию UMA можно рекомендовать к использованию при решении краткосрочных задач операторами сетей СПС, связанных с расширением зоны покрытия своих сетей в отдельных зданиях, а также с обеспечением контроля за трафиком беспроводных сетей доступа, при условии наличия достаточно разветвленной инфраструктуры сетей Wi-Fi. Кроме того, применение готовых решений UMA обеспечит максимально быстрые сроки внедрения услуг FMC в существующих сетях GSM/GPRS.
Решение IMS/VCC более целесообразно реализовывать тем операторам, которые либо уже имеют подсистему IMS в своей сети, либо собираются ее внедрить в ближайшем будущем. С точки зрения долгосрочной перспективы большинство специалистов отдает предпочтение технологии IMS, поскольку только она обеспечивает возможности максимальной конвергенции на всех уровнях, начиная с доступа и заканчивая услугами. Именно IMS дает возможность безболезненной модернизации транспортной инфраструктуры (сети доступа) и почти безграничные возможности внедрения новых мультимедийных услуг, доступных пользователям как в сети СПС, так и в сетях WLAN.
Еще одним вариантом использования технологий UMA и IMS является их комбинация. Особенно это удобно в случае использования оборудования одного производителя, так как обеспечит его полную совместимость.
Рассмотренные технологии, конечно, не являются единственно возможными по реализации конвергентных услуг, но на сегодняшний день они представляются наиболее многообещающими и взаимодополняющими.
В перспективе с учетом больших российских территорий можно прогнозировать полную конвергенцию наземного и спутникового компонентов систем мобильной связи 3-го поколения с системами беспроводного доступа, а также, в связи с возросшим интересом к услугам определения местоположения, полную интеграцию со спутниковыми навигационными системами.
В любом случае в рамках общей тенденции, направленной на конвергенцию аппаратно-программных средств сетей связи, развитие конвергентных технологий приведет к созданию и использованию единого телекоммуникационного комплекса на базе информационных технологий, фиксированных и мобильных сетей связи.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #5, 2006
Посещений: 27641
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Техническое обозрение" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
