В рубрику "Телефонные и мультисервисные коммутационные системы операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
И.Г. Мазин
Руководитель центра сетевого консалтинга ЗАО "ИскраУралТЕЛ"
Термин "гибкий коммутатор" был определен в отраслевом документе "Оборудование связи, реализующее функции гибкого коммутатора. Технические требования" (РД 45.333-2002) следующим образом: "оборудование, реализующее функции гибкого коммутатора, представляет собой масштабируемый программно-аппаратный комплекс, построенный в соответствии с архитектурной концепцией Softswitch". Это означает, что в регулирующих документах гибкий коммутатор рассматривается не как конкретный функциональный элемент, обеспечивающий управление вызовом (прежде всего телефонным!), а как функционально законченная архитектура сетей следующего поколения (NGN).
Сферы внедрения гибких коммутаторов
Анализ накопленного к настоящему времени опыта построения сетей IP-телефонии и NGN позволяет провести следующую укрупненную классификацию ниш внедрения и соответственно функциональных требований к гибким коммутаторам:
Предлагаемая классификация достаточно условна, однако адекватно отражает общую картину сетевого применения в настоящий момент.
"Родителей" не выбирают
Гибкие коммутаторы по определению представляют собой вычислительные системы. Появившиеся в период расцвета цифровых АТС с программным управлением, они унаследовали лучшие черты своих предшественников из мира телефонной коммутации и мира компьютерной техники. Вековой опыт развития телефонии нашел отражение в заимствовании эргономики и процедур телефонного базового вызова, а также основного перечня уже опробованных на практике дополнительных услуг. Динамичная компьютерная отрасль привнесла унификацию средств доставки разнородной информации пользователя и сигнальной информации на базе стека протоколов IP, клиент-серверную модель распределенного вычислительного комплекса в качестве основы архитектуры, а также отсутствие явной точки коммутации.
Архитектура гибких коммутаторов: двойное наследство
Ключевым вкладом компьютерной индустрии в концепцию Softswitch явилась теоретически полностью открытая архитектура с ярко выраженной функциональной декомпозицией как аппаратного, так и программного обеспечения. Из этого же источника исходят и две противоречивые на первый взгляд тенденции: смещение "интеллекта сети" на прикладном уровне к терминалу пользователя, а на уровнях вплоть до сетевого - к максимально централизованному серверному оборудованию. Инфраструктура собственно гибкого коммутатора и его сетевого окружения унаследована из вычислительных сетей. Причиной такого подхода является, с одной стороны, прогрессирующая компьютеризация абонентского пункта, а с другой - рост удельной производительности микропроцессорных систем.
Прослеживаются следующие архитектурные аналогии гибких коммутаторов с телефонными станциями:
Наибольшие изменения претерпело коммутационное поле, полностью отсутствующее в архитектуре гибкого коммутатора. Проключение тракта в данном случае выглядит как установление информационного потока реального времени (сессии) непосредственно между граничными устройствами, в предельном случае - между терминалами пользователей. При этом функции управления включают в себя не только предоставление взаимодействующим устройствам сетевых адресов друг друга, но и определение характеристик информационного потока, чего не было ранее.
Новые услуги: пока не для сетей общего пользования?
Данные архитектурные изменения позволяют теоретически полностью абстрагироваться от типа передаваемой информации (голос, данные видео) и характеристик информационного обмена (в реальном времени (иначе дуплексный) или симплексный, вещательная рассылка и т.п.) - необходимо лишь правильно описать сессию.
Однако на практике не все так просто. Внедрение таких новых услуг, как унифицированный обмен сообщениями (Unified Messaging), видеотелефония и видеоконференц-связь, видео- и аудио-чаты, использование централизованных справочников и многие другие, активно продвигается только в корпоративном секторе рынка в рамках внутрифирменных решений производителей оборудования. Сдерживающим фактором является запаздывание стандартизации функциональных элементов архитектуры и интерфейсов их взаимодействия. Операторы же сетей связи общего пользования неохотно идут на внедрение внутрифирменных решений в части инновационных услуг по причине высокой инвестиционной инерции, большого срока окупаемости и необходимости обеспечения глобального взаимодействия оборудования.
Преимущества и мотивы внедрения технологий NGN
Эффект при внедрении архитектуры гибкого коммутатора может быть достигнут не только за счет внедрения принципиально новых услуг. Оптимизации затрат оператора при предоставлении услуг телефонии в сетях NGN также способствуют несколько ключевых факторов.
Во-первых, это использование компрессирующих кодеков для передачи речи, которое при условии надежного функционирования сети доставки информации с нормированными параметрами достоверности передачи и абсолютной/дифференциальной задержки пакетов способно обеспечить ощутимую экономию за счет увеличения пропускной способности. Негативным факторами в данном случае являются наличие эха и общее снижение качества передачи речи, однако для ряда приложений такой компромисс оказывается приемлемым.
Аналогичный эффект достигается и за счет агрегации трафика речи и данных на магистральных участках сети. В обоих случаях оператор "расплачивается" инвестициями в создание высокопроизводительной IP-сети с регулируемыми качественными характеристиками.
Во-вторых, интересны сетевые архитектуры и бизнес-модели, в которых используется произвольная точка регистрации оборудования пользователя в глобальной IP-сети. В качестве ярких примеров таких архитектур можно привести сети Интернет-телефонии - зарубежную Skype и отечественную SIP-NET, равно как и их многочисленных конкуренток по обе стороны государственной границы.
Особенно хорошо функциональность переносимости IP-терминала (IP terminal mobility) зарекомендовала себя при обслуживании территориально распределенных замкнутых групп пользователей. Не рассматривая детально различные технологии реализации, можно констатировать, что коммерческая услуга IP-CENTREX на базе широкополосного доступа открывает для операторов сетей общего пользования новые возможности работы с корпоративными клиентами. В концепции IMS (IP Multimedia Subsystem) IP-CENTREX становится базисом конвергенции фиксированной и мобильной сетей и продолжения процесса персо-нализации инфокоммуникационного обслуживания.
Как всегда, у медали есть и оборотная сторона. Так, Федеральная комиссия по телекоммуникациям США A (FCC) обязала поставщиков услуг IP-телефонии письменно извещать своих клиентов о возможности неправильного или несвоевременного определения их местоположения в настоящий момент службой спасения 911.
В-третьих, отсутствие явной точки коммутации дает возможность сэкономить и на локальном замыкании местного трафика при централизации управления вызовом. Данный вопрос особенно актуален для сетей сотовой подвижной связи и возникающих сегодня альтернативных внутризоновых операторов. Так, в архитектуре сетей с коммутацией каналов нагрузка от всех базовых станций, расположенных в одном или даже в нескольких регионах, обслуживается центром коммутации подвижной связи (ЦКПС) в областном центре. Применение медиашлюзов, управляемых гибким коммутатором, на уровне райцентров (или даже ниже) позволяет локализовать до 95% обслуживаемой нагрузки.
Особенно важно, что такое сетевое решение позволяет без задействования каналов внутризоновой сети не только обслуживать внутрисетевую нагрузку, но и обеспечивать организацию взаимодействия на местном или внутризоновом уровне присоединения с другими сетями электросвязи, имеющими точки присутствия в данном населенном пункте2. В связи с этим возникают технологические трудности с реализацией СОРМ, так как точка управляемого "зеркалирования" информации пользователя топологически отделена от управления вызовом и должна располагаться либо в оборудовании шлюзов, либо в специализированных сетевых устройствах, таких, как магистральные маршрутизаторы или SBC.
На "открытых границах" IP-сетей
"Безграничный" характер услуг IP-телефонии до сих пор является "камнем преткновения" для регулирующих органов в самых разных аспектах: от налогообложения предоставления услуг, оказываемых на территории РФ, до обеспечения СОРМ в реальном времени.
"Идеальная" сеть в архитектуре гибкого коммутатора имеет ярко выраженную "звездообразную" топологию с единственным сервером обслуживания вызовов в центре. По мере проникновения VoIP-технологий в сети связи общего пользования это привело к появлению разнообразных механизмов обеспечения межсетевого взаимодействия.
Пограничные контроллеры сессий (SBC)
Одним из таких механизмов стал недавно появившийся и развивающийся класс оборудования - пограничные контроллеры сессий (SBC), основной функцией которых является обеспечение размежевания и взаимодействия на границе двух различных IP-сетей.
SBC можно представить как сдвоенный упрощенный гибкий коммутатор с внутренним интерфейсом. В случае размежевания сети доступа и магистральной сети контроллер SBC для подключенных терминальных устройств будет выполнять функции коммутатора класса 5, то есть реализовывать обслуживание оконечной нагрузки - по крайней мере, в части функций, связанных с обеспечением безопасности сети. Подобная структура обеспечивает раздельное обслуживание сессий как для сигнального, так и для информационного трафика во взаимодействующих сетях. Их логическое разделение позволяет внедрить на стыке следующие функции:
Являясь оконечной точкой в сессии, SBC представляет собой архитектурный элемент, идеально подходящий для реализации функций СОРМ, в том числе и в случае непосредственного подключения к сети абонентских устройств IP-телефонии.
Протоколы сигнализации: SIP-T и SIGTRAN
Другим механизмом обеспечения межсетевого взаимодействия стало появление средств обмена сигнальной информацией непосредственно между гибкими коммутаторами. Так, наряду с уже существовавшими протоколами SIP и H.323 появились их расширения для симметричного взаимодействия гибких коммутаторов. Простейшим и эффективным способом решения данной задачи стала инкапсуляция сигнальной информации подсистемы ISUP ОКС № 7 в сообщениях этих протоколов, что наилучшим образом соответствует механизмам межстанционного взаимодействия. Для протокола SIP подобным расширением стала спецификация SIP-Т (SIP for Telephony).
В процессе демонополизации рынка международной и междугородной связи в Российской Федерации появились новые особенности обслуживания вызовов в национальной сети, влияющие не только на процедуры маршрутизации вызова, но и на подсистемы повременного учета стоимости соединений (тарификации), статистики и СОРМ. Технологически это нашло отражение в коренном изменении функциональной роли параметра "Категория вызывающей стороны" и в появлении новых алгоритмов его обработки, реализуемых на различных иерархических уровнях сети связи.
С точки зрения идеологии протокола ни SIP, ни H.323 не обеспечивают прозрачной трансляции этого параметра. Из перспективных систем сигнализации соответствующие данному процессу регуляционные изменения в 2005 г. были внесены только в спецификацию ISUP-R-2000, что обуславливает необходимость применения SIP-T при внедрении архитектуры гибкого коммутатора в сетях связи общего пользования.
Возможной альтернативой применению SIP-T для симметричного взаимодействия гибких коммутаторов теоретически является непосредственное использование ISUP-R-2000 в качестве единственной системы межстанционной сигнализации. В этом случае с помощью протокола SIGTRAN (M3UA или M2UA/SCTP) организуется перенос сигнальных сообщений ОКС № 7 в IP-сети, однако такой подход не нашел практического применения.
Дело в том, что описание способа доставки и характеристик информации пользователя слишком сильно различается в VoIP- и TDM-сетях. Например, само понятие идентификатора канала, используемое в подсистеме ISUP для уникальной идентификации вызова в конкретный момент времени, бессмысленно внутри сети IP-телефонии. Именно поэтому SIGTRAN применяется только при взаимодействии сети NGN с цифровыми телефонными сетями на участке от гибкого коммутатора до шлюза сигнализации.
Стратегии внедрения гибких коммутаторов
По аналогии с процессом цифровизации телефонной сети возможна реализация нескольких различных стратегий и при внедрении гибкого коммутатора.
"Острова" NGN
Стратегия "островов" предполагает формирование обособленных, территориально локализованных сегментов NGN с минимизацией количества точек взаимодействия с существующей сетью. Такая стратегия может быть применена в иерархически обособленном фрагменте сети (СТС сельского района или классический стотысячный узловой район ГТС), например, при одномоментной и полной замене электромеханического коммутационного оборудования. Наилучший эффект с точки зрения обеспечения качества передаваемого речевого сигнала достигается при формировании прямых "IP-мостиков" между создаваемыми "островами", что позволяет избежать многократной пакетизации/депа-кетизации.
Преимуществом этой стратегии является вложение средств в новую перспективную технологию, то есть забота о сохранении инвестиций. Ее недостатками можно считать несколько большие (по сравнению с использованием традиционного решения на базе коммутации каналов) суммарные инвестиции и отсутствие доступного по цене (для пользователей резидентного сектора) оконечного оборудования для предоставления, например, услуг видеотелефонии.
Наложенная сеть NGN
Второй возможной стратегией внедрения является построение наложенной сети NGN на базе гибкого коммутатора, ориентированной на обслуживание индивидуальных пользователей в премиум-сегменте, а также на подключение появляющихся IP-УАТС.
Эта стратегия обеспечивает более быстрый возврат инвестиций за счет внедрения всей гаммы потенциально доступных новых услуг. Оператор сети связи получает новый инструмент стимуляции внедрения широкополосного рынка, но агрегация трафика реального времени на магистральном участке сети несколько удорожает транспортную сеть по сравнению с "чистым" широкополосным доступом. Многие операторы рассматривают данную стратегию как дополнительное средство наполнения трафиком существующих мультисер-висных сетей, уже построенных на рубеже тысячелетия.
В обоих случаях (то есть при реализации и стратегии "островов", и наложенной сети NGN) необходимо использование магистральных маршрутизаторов, предназначенных для пропуска трафика реального времени с низкой и средней длиной пакета.
Проблема и ее решения
При реализации обеих стратегий внедрения одним из факторов, сдерживающих внедрение гибких коммутаторов, является наличие в существующей телефонной сети устаревшего клиентского оборудования (УАТС и оборудования присоединенных операторов), поддерживающего взаимодействие только с применением систем сигнализации по выделенным сигнальным каналам (2ВСК, 1ВСК, физические 3-про-водные соединительные линии). Оператор, модернизирующий сеть связи, в данном случае не обладает иными механизмами стимуляции замены клиентского или присоединенного оборудования, кроме тарифных. Использование льготных тарифов, в свою очередь, оказывает негативное влияние на скорость возврата инвестиций.
Технологически данная проблема может быть решена путем применения двойной цепочки преобразования протоколов, например: 2ВСК —> EDSS1 (на конвертере сигнализации или в специально созданном для этих целей коммутационном узле TDM) —> SIG-TRAN/IUA (в оборудовании сигнального и медиашлюза). В качестве альтернативы возможно использование для этих целей конвергентного коммутационного оборудования, обеспечивающего прямое взаимодействие NGN- и TDM-сетей, например, по схеме 2ВСК —> SIP-T.
Отечественный опыт
В российских сетях связи внедрение гибких коммутаторов в настоящее время находится на стадии формирования и опытно-коммерческой эксплуатации нескольких опытных зон.
В связи с этим необходимо отметить, что по результатам проведенных в Технопарке ЦНИИС испытаний оборудования гибких коммутаторов более чем 16 различных производителей был сделан вывод о целесообразности внедрения топологически обособленных сегментов сети на базе оборудования одного поставщика. Такой результат закономерно отражает текущий уровень стандартизации и позитивен с точки зрения формирования системы технического обслуживания и эксплуатации, но может привести к некоторому удорожанию сетевых решений как на начальном этапе внедрения, так и в обозримом будущем.
Под вопрос может быть поставлено и использование преимуществ открытой архитектуры, связанных с функциональным развитием и ценообразованием для структурных элементов сети по принципу "наилучшего предложения". Этот фактор особенно критичен применительно к резидентным шлюзам доступа (из-за наличия массово выпускаемой платы аналоговых абонентских комплектов), а также к серверам приложений, внедрение которых обеспечивает развитие предлагаемых сетью услуг. Поэтому в рамках создаваемых опытных зон NGN операторы, например ОАО "Уралсвязьинформ", самостоятельно проводили тестирование совместимости функциональных элементов решений различных производителей. Это также позволило выявить особенности реализации тех или иных протоколов сигнализации, например MGCP и Н.248, в качестве средства управления резидентным шлюзом доступа. Уровень стандартизации любого протокола явно отражается только в процессе тестирования совместимости, так как в "моновендорном" решении все недостатки легко скрываются за счет "внутрифирменных" расширений как самого протокола, так и алгоритмов обслуживания вызова. Аналогичная ситуация складывается и в ОАО "Сибирьтелеком", а также в сетях ряда альтернативных операторов.
Накапливается и опыт сетевого применения. Здесь стоит упомянуть проект Ленинградского областного филиала ОАО "Северо-Западный Телеком" по реализации одного из зоновых транзитных узлов (ЗТУ) во вновь введенном коде 813 на базе гибкого коммутатора класса 4. Активно тестируют и используют решения на базе гибких коммутаторов и альтернативные операторы, включая сети сотовой подвижной связи. В этом сегменте рынка процесс внедрения стимулируется демонополизацией рынка дальней связи, так как распределенная архитектура гибкого коммутатора позволяет снизить инвестиции в создание периферийных точек присутствия.
Операторы в своих инвестиционных программах все больше ориентируются на внедрение гибких коммутаторов, однако данная тенденция до сих пор не стала доминирующей из-за неясности в вопросах регулирования. В ряде случаев самым эффективным на текущем этапе оказывается использование конвергентных систем коммутации или сетевых решений, позволяющих совместить стабильность систем с коммутацией каналов и построение распределительной и магистральной сетей по инновационным технологиям NGN.
Заключение
Необходимо отметить, что ключевыми вопросами сетевого внедрения гибких коммутаторов в сетях электросвязи в настоящий момент являются:
Открытыми, в связи с отсутствием практического опыта массового внедрения, остаются и вопросы обеспечения безопасности и защиты от несанкционированного доступа.
Таким образом, с точки зрения теории маркетинга современную стадию внедрения гибких коммутаторов можно охарактеризовать как пробу технологии с только что пройденным пиком "завышенных ожиданий". Это значит, что массовое и экономически обоснованное внедрение данной технологии еще впереди.
P.S. Так сложилось, что самому автору гораздо ближе "по духу" термин "программный коммутатор" (а не зафиксированное в регулирующих документах наименование "гибкий коммутатор"), более адекватно, на взгляд автора, отражающий технологическую сущность архитектуры Softswitch.
1 В Европе внедрение системы сигнализации ОКС № 7 на первых порах было ориентировано на преимущественное использование связанного режима в сети сигнализации, что и обусловило целесообразность обработки сигнального и речевого трафика в едином шлюзе.
2 Например, при этом намного эффективнее, чем в сетях с коммутацией каналов, решается проблема организации доступа мобильного абонента к экстренным специальным службам местной телефонной сети. К сожалению, широкое внедрение схем организации связи такого рода может затормозиться из-за несовершенства регуляционной базы, например текущей редакции "Правил присоединения...".
Опубликовано: Каталог "АТС. Коммутационное оборудование"-2006
Посещений: 24763
Автор
| |||
В рубрику "Телефонные и мультисервисные коммутационные системы операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
