Побудова моделі фрагменту MPLS-мережі у пакеті Opnet Modeler

Найбільш економічно вигідними  та перспективними дедалі більше стають послуги, пов’язані з передачею  даних (IP-телефонія, відеоконференції, корпоративні мережі VPN, відео на замовлення VoD, телебачення на основі інтернет-технологій IPTV, E-mail, Web 2.0, Instant Messaging, Intellectual Networks) з  пакетною комутацією трафіку, тоді як застарілі функції (голосова телефонія, факсиміле, Dial-up) використовують комутацію  каналів при передачі інформації і не мають достатньої для функціонування оператору економічної складової.

Конвергенція з мережами наступного покоління необхідна як платоспроможній частині населення, яка має попит на широкополосні послуги, так і операторам зв’язку, які матимуть змогу надавати набагато більше послуг своїм користувачам та, як наслідок, більше заробляти та диверсифікувати джерела надходження коштів. При цьому держава також не залишається осторонь від цих змін, бо якнайсучасніша та розгалужена телекомунікаційна інфраструктура сприяє національній безпеці та забезпечує передачу інформації навіть в умовах надзвичайних ситуацій, надзвичайного та воєнного стану, дозволяє з оптимізмом дивитися у перспективи європейської інтеграції з телекомунікаційними мережами розвинених країн, збільшує надходження у державний бюджет за допомогою прямих та непрямих податків.

В результаті усього вище зазначеного  стає зрозумілим, що тема цієї дипломної  роботи – побудова міського сегменту NGN на основі технологій MPLS, Wimax та Wi-Fi – є актуальною.

Метою роботи є розробка рекомендацій для побудови міського сегменту NGN. 

Для досягнення данної мети необхідно  розглянути такі питання:

1. Обґрунтувати структуру міського  сегменту  NGN;

2. Розробити рекомендації для  побудови транспортної мережі;

3. Виконати розрахунки мережі  доступу Wi-Fi;

4. Провести частотно-теріторіальне  планування мережі Wimax.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБГРУНТУВАННЯ МІСЬКОГО СЕГМЕНТУ СТРУКТУРИ NGN

 

1. Передумови появи NGN в Україні.

В останні 10 років швидкими темпами розвиваються і набувають широкого поширення нові послуги зв'язку, покращується якість традиційних послуг. При цьому для реалізації різних послуг потрібно відповідний розвиток мереж зв'язку і, зокрема, їх транспортної інфраструктури. Світова телекомунікаційна спільнота дійшла висновку про необхідність створення мереж наступного покоління NGN (Next Generation Networks).

 

Рисунок 1.1 - Структура сучасної системи NGN

 

Мережа наступного покоління принципово відрізняється від традиційної  мережі оператора зв'язку, основне  завдання якого полягає в продажі  каналів зв'язку. У перелік послуг оператора зв'язку наступного покоління входить надання більш інтелектуального сервісу (передача голосових повідомлень по IP -мережам (VoIP), оренда прикладань, хостинг і т. д.).

Головним принципом NGN є конвергенція усіх сфер в єдину інформаційну мережу із сприятливими можливостями для передачі мультимедійної інформації. Це особливо актуально для телекомунікаційних мереж України, у тому числі і Харкова, де вже хоч невеликими темпами і впроваджується технологія Triple Play, але все таки стільниковий зв'язок, ТфОП, Internet і TV передаються по різних мережах зв'язку заснованим на різних технологіях. І хоча ці чотири напрями продовжують розвиватися самі по собі, в той же час, незважаючи на збільшення об'єму послуг зв'язку і підвищення прибутків операторів в цілому, за останні роки спостерігається постійне зниження прибутковості від надання традиційних послуг і збільшення терміну окупності традиційного устаткування зв'язку. При цьому темпи росту трафіку даних істотно перевищують темпи росту традиційного телефонного трафіку. Мережі зв'язку в даний час відмовляються від канальної парадигми і переходять до варіанту "кожен пов'язаний з кожним" (ми це бачимо на прикладі Інтернет, VPN), і саме в цьому полягає економічна продуктивність концепції NGN. Це ще раз призводить до думки, що прибуток українських операторів зв'язку залежить не від однієї якоїсь послуги, а від безлічі різних сервісів, які вони можуть надати користувачам. В той же час, усі технології не об'єднаєш так просто в щось одне. Потрібне щось одне, що їх об'єднає. Цим одним якраз і є NGN на основі IP -протоколу.

 

2.  Структура мережі NGN

Транспортна архітектура телекомунікаційних мереж включає три рівні. Перший — магістральні мережі, другий — опорні/ міські мережі і третій — мережі доступу. На рівні магістралей в NGN інколи використовується технологія АТМ, але практично всі нові магістральні мережі для структур NGN будуються за технологією Ip/ MPLS, яка може накладатися поверх існуючих мереж з комутацією каналів. Можливими варіантами мереж доступу можуть бути ТФОП, ADSL, LAN, HFC, WLAN, GSM, UMTS, CDMA 2000, Wimax. Відмітимо, що до транспортних мереж NGN можуть підключатися і мережі, що не підтримують пакетну передачу.

Рисунок 1.2 – Рівнева модель NGN

 

Міський рівень в мережах традиційної  телефонії — місце розміщення міських і міжміських АТС, а також  з'єднань між районними АТС. У  мережах NGN традиційні АТС заміщаються  програмними комутаторами — Softswitch. Це комутатор, програмно реалізований на комп'ютері і заміщаючий традиційні матричні комутатори разом з системою управління. В більшості випадків під Softswich розуміють одну із складових комплексу, інколи звану Call Agent, на якій лежать завдання управління, пов'язані з передачею голосових потоків. Цей пристрій виконує маршрутизацію потоків, перетворення сигналізації, формує інформацію для системи біллінга і т.д. Другий пристрій, що перетворює потоки у формат мережі доступу і направляє їх в потрібні канали, називається Media Gateway (медіашлюз). Це загальний термін для всіх шлюзів, що сполучають два різних транспортних середовища. До них, зокрема, відносяться Dslam-и і шлюзи Ip/ QAM, що встановлюються на кордонах мережами доступу HFC. Медіашлюзи, встановлені на кордоні NGN і традиційної ТФОП, стикують VOIP середовище і лінії TDM. В цьому випадку медіашлюз підтримує не лише перекодування і передачу голосу, але також і всі телефонні сигнали ("виклик", тоновий набір, зайнято), механізми ехоподавлення і т.д.

Один SoftSwitch може управляти багатьма медіашлюзами, у тому числі рознесеними географічно. Відстань між цими двома пристроями в принципі може досягати тисяч кілометрів, хоча їх взаємне розміщення прагнуть оптимізувати, а роботу програмних комутаторів — дублювати.

Сьогодні практично всі великі постачальники телекомунікаційних рішень пропонують комплекси NGN устаткування, в першу чергу, різні версії програмних комутаторів. Серед основних постачальників платформ на базі Softswitch — Alcatel, Lucent, Nortel, Ericcson, Siemens, Huawey, Italtel, Veras Networks і Cisco Systems, які представили свої рішення на конференції. Але слід зазначити, що всі корпоративні платформи підтримують власні технології, несумісні між собою ні по функціях, ні по інтерфейсах. Це звичайна проблема нових технологій, особливо складних і багаторівневих, для яких скрутно апріорно виявити оптимальні варіанти реалізації. Так сталося і з мережами NGN, для яких "декларація про наміри" не була своєчасно підтримана розробкою відкритих стандартів на міжрівневі і зовнішні інтерфейси. Самі виробники, зацікавлені в продажах комплексних рішень і прив'язці клієнтів до своїх технологій, спочатку не проявляли ініціативи в розробці таких стандартів, але було ясно, що на певному етапі їх відсутність заведе розвиток NGN в безвихідь.

У зв'язку з цим в індустрії  з'явилася концепція IMS, що регламентує  частину необхідних стандартів і  що створює базу для трансформації NGN з мереж з пакетною передачею  голосу в реальні мультісервісні мережі, які конвергуються з будь-якими  іншими мережами.

IMS бере свій початок в мобільному  зв'язку, де найважливішим джерелом  доходу операторів є роумінг,  і несумісність корпоративних  рішень виявляється значно серйознішим  недоліком.

По суті IMS є розвитком концепції  мобільних мереж UMTS, до якої були додані механізми управління сеансами передачі мультимедіа на базі протоколу SIP. Відзначимо, що протокол SIP підтримується практично  всіма корпоративними платформами NGN, але їх інтерпретація цього  протоколу взаємно несумісна.

Для доопрацювання "мобільної" концепції IMS був створений консорціум TISPAN Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Networks, який і розробив останню версію концепції, застосовну до широкого кола мереж різного призначення і  різних категорій послуг.

Архітектура IMS передбачає наявність  незалежних модулів, що спільно використовують загальні ресурси. Ці модулі можуть легко  додаватися до загальної системи  або виключатися з неї. Причому, модульність реалізована і по горизонталі, тобто дотримується автономність послуг, і по вертикалі — розділені  рівні транспорту, управління і додатків.

У систем IMS класичний Softswitch, який керує  всім трафіком, що приходить в точку  підключення мережі доступу, заміщається  мультісервісною платформою з набором  проксі-серверів, кожен з яких управляє здобуттям послуг певного типа і  має власний інтерфейс для  взаємодії з транспортною мережею. При цьому всі сервери підключені до єдиної бази даних, в яку заноситься інформація про трафік і отримані послуги. В цієї бази також є зовнішній інтерфейс, що дозволяє стороннім провайдерам отримувати звідти інформацію, необхідну для взаєморозрахунків.

Відзначимо, що створення конвергірованної системи біллінга з єдиними механізмами  обліку всіх послуг ще знаходиться  у фазі "декларації про наміри". Появу такої системи полегшило  б введення нових послуг, а також  їх пакетування, без якого важко  збудувати вдалу комерційну модель їх надання. В той же час завдання створення єдиних механізмів обліку для всіх послуг і всіх видів мереж, підключених до транспортного ядра, фахівцям з біллінгу здається нереалістичним. Реальна дорога формування єдиного рахунку для абонента полягає у використанні незалежних систем біллінга, з подальшою агрегацією інформації в загальній базі. В цілому можна сказати, що сьогодні визначена лише загальна архітектура IMS, а детальні специфікації, що визначають взаємодію компонентів системи, знаходяться у стадії розробки.

 

 

 

3. Транспортний рівень мережі NGN

Транспортний рівень відповідає за прозору передачу інформації користувача  різного вигляду (голос, відео, дані). Причому обмін інформацією між  джерелом і пунктом призначення  здійснюється поодному і тому ж принципу незалежно від вигляду з'єднання (телефонний виклик, сеанс роботи в  мережі Інтернет, передача відео, мережева гра з декількома гравцями або  трансляція фільму).

При цьому як транспортна технологія передачі може використовуватися мультиплексування  з розділенням за часом (TDM), асинхронний  режим передачі (АТМ) або інтернет-протокол (IP). Проте ефективність використання смуги пропускання, характерна для  мереж з комутацією пакетів, приводить  до того, що в мережах нового покоління  використовуватимуться в основному  пакетні технології АТМ і IP/MPLS.

1.3.1 Використання технології АТМ для побудови транспортного рівня

АТМ (Asynchronous Transfer Mode — асинхронний режим передачі) є технологією універсальної транспортної мережі, призначеної для надання послуг прозорої передачі різних типів інформації. При цьому забезпечується достатня пропускна спроможність для кожного з них і гарантується своєчасна доставка чутливих до затримок типів трафіка. У основі технології лежить передача даних у вигляді вічок фіксованої довжини для будь-якого типа трафіку, швидкості передачі і способу кадрирування.

Довжина вічка складає 53 байти, 48 з  яких відводиться під передачу призначеної  для користувача інформації, останні 5 — під заголовок, використовуваний для адресації, контролю помилок  і управління мережею.

У технології АТМ підтримується  передача трафіка чотирьох видів:

• CBR (Constant Flit Rate — з постійною бітовою швидкістю) —синхронний, чутливий до затримок;
• VBR (Variable Bit Rale — із змінною бітовою швидкістю). Роздільний на два підкласи: rtvbr — в режимі реального часу (чутливий до затримок) і nrtvbr — без використання режиму реального часу (затримки допустимі):
• ABR (Available Bit Rate — з доступною бітовою швидкістю) - трафік додатка, нечутливий до затримок. Швидкість передачі змінюється залежно від навантаження;
• UBR (Unspecified Bil Rate — з невизначеною бітовою швидкістю) — трафік, передача якого може вестися без забезпечення яких-небудь гарантій продуктивності.

Основу еталонної моделі протоколу  АТМ складають три рівні архітектури  АТМ: фізичний, рівень АТМ і рівень адаптації АТМ, відповідні трьом нижнім рівням моделі OSI.

На фізичному рівні здійснюється фізична передача інформації по мережі АТМ. Стандарти АТМ для фізичного  рівня описують, які кабельні системи  повинні використовуватися в  мережах АТМ і з якими швидкостями  може працювати АТМ при кожному  типі кабелю. Найчастіше використовуються швидкості передачі даних  155 Мбіт/с (кабелі «віта пара» категорії 5, екранована ««віта пара» типа 1, оптоволоконний кабель) і 622 Мбіт/с (оптоволоконний кабель).

Рівень АТМ призначений для  пересилки вічок з фізичного  рівня на рівень адаптації АТМ  і назад з генерацією або відділенням  заголовка вічок, а також для  управління трафіком і встановлення з'єднань.

Рівень адаптації АТМ (AAL—ATM Adaptation Layer) забезпечує інтерфейс між рівнем АТМ і протоколами більш високого рівня. Основною функцією рівня AAL є  перетворення форматів даних відповідно до вимог різних додатків. Він також  забезпечує синхронізацію, впорядковування, тактування і виявлення, виправлення  помилок.

Основною транспортною одиницею АТМ  є віртуальний канал (VC), що виділяється  логічно. Віртуальний канал АТМ  — це з'єднання між двома кінцевими  станціями АТМ, яке встановлюється на час їх взаємодії. Віртуальний  канал є двонаправленим. Об'єднання  групи віртуальних каналів, слідуючих  на якійсь ділянці мережі в одному напрямі, називається віртуальним  шляхом (VP). Віртуальний шлях існує  постійно, незалежно від того, чи встановлено з'єднання.