Эксплуатация мультисервисных сетей. Сбылись ли предсказания?

Десятилетие назад ожидалось, что для службы эксплуатации мультисервисные сети станут своего рода пороховым погребом, вызвав серьезные трудности. Однако в Банке России модернизированная до уровня мультисервисной магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети успешно эксплуатируется.

Статус кво

Магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети (МК ЕТКБС) представляет собой магистральную сеть, обеспечивающую передачу трафика различных систем и сетей между пользователями территориальных учреждений и центрального аппарата, а также других подразделений Банка России. Узлы МК ЕТКБС расположены во всех 78 регионах России от Калининграда до Анадыря. Сеть построена по схеме «звезда» с центральным узлом (ЦУ ЕТКБС) в Москве и рокадными связями между некоторыми узлами региональных сегментов (ЦУ РС ЕТКБС) (рис. 1). (В Московском регионе пользователи Банка России доступ к МК ЕТКБС получают через мультисервисную телекоммуникационную банковскую сеть, подробнее о которой см. «ИКС» № 8-9’2013, с. 62. - Прим. ред.)

МК ЕТКБС была введена в эксплуатацию в 2000 г. и до сих пор успешно функционирует. Технологически она представляет собой классическую сеть с разделением голосового трафика (протокол ISDN) и трафика данных (связка протоколов IP/Frame Relay). При всех достоинствах такой архитектуры - статистическом мультиплексировании, гарантирующем эффективное использование пропускной способности канала, простоте и отработанности технологии с малой протокольной избыточностью и т.д. - со временем стали все более выпукло проявляться ее недостатки:

1. Наличие единой точки отказа - магистральное оборудование в территориальных учреждениях Банка России размещалось только на одной площадке. Этот недостаток был не так заметен при распределенной обработке информации, но сделался очевидным при централизации банковских процессов. На момент создания первой версии МК ЕТКБС требования к доступности сервисов были более мягкими.

2. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности магистральных каналов связи между голосовым трафиком и трафиком передачи данных, так как полосы пропускания закрепляются за протоколами Frame Relay и ISDN при настройке каждого тракта.

3. Ограниченность функций управления потоками данных. Для каждого виртуального соединения в сети FR устанавливается параметр CIR - гарантированная информационная скорость, которую сеть «обязуется» поддерживать по этому соединению. Если кадры поступают со скоростью, превышающей CIR, то при наличии свободных ресурсов они передаются с установленным битом DE (discard eligibility), разрешающим сети их сброс в случае перегрузки. При этом в случае нехватки свободных ресурсов неизбежно происходит потеря кадров, после чего требуется их повторная передача, которая из-за отсутствия в протоколе IP механизмов гарантированной доставки возлагается на протокол транспортного уровня TCP. Все, что может сеть FR сделать в данной ситуации, - это отправить в направлении приема и передачи биты уведомления о перегрузке FECN/BECN, заставляющие оконечное оборудование Frame Relay снизить скорость отправки информации.

4. Ограниченность функций обеспечения качества обслуживания (QoS). Так, являясь протоколом канального (второго в модели OSI) уровня, Frame Relay не имеет средств обмена служебной информацией с протоколами вышележащих уровней. Поэтому в сети FR отсутствует возможность классификации трафика по типам - real time, business critical, best effort и т.д. Единственный способ разделить эти потоки данных - использовать для каждого из них свое виртуальное соединение и назначить соответствующие параметры и приоритеты. Но внутри каждого такого виртуального канала все приложения все равно будут обслуживаться одинаково, по принципу «первый пришел, первый ушел».

Требуется модернизация

Можно констатировать: транспортная сеть МК ЕТКБС, построенная на технологии FR/ISDN, долгое время справлялась со своими задачами передачи информации, обеспечивая достаточную эффективность сетей связи Банка России. Но к 2010 г., в связи с переходом Банка России на централизованную обработку информации и внедрением системы платежей в реальном времени требования к пропускной способности ЕТКБС, качеству услуг связи и их доступности серьезно выросли. Это поставило вопрос о замене технологии FR на более современную и эффективную, а также об изменении архитектуры МК ЕТКБС.

На первый взгляд, заменить FR/ISDN призвана технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode), сформировавшаяся как расширение протокола ISDN - Broadband ISDN, B-ISDN. Протокол Frame Relay также был создан на основе ISDN, только за счет уменьшения функциональности. В АТМ мультисервисность заложили изначально, были предусмотрены гибкие средства управления потоками данных и обеспечения качества обслуживания, мощная 20-байтная адресация. Казалось бы, для триумфа АТМ было сделано все, и этот триумф состоялся бы... но побеждать надо было не «старичка» FR. На арену вышел протокол IP, который завоевал весь мир в качестве универсальной телекоммуникационной технологии. Сети АТМ столкнулись с необходимостью передачи IP-трафика, но особенности протокола IP коренным образом расходятся с идеологией АТМ. Главное - АТМ ориентирована на установление соединений, протокол IP работает без установления соединения. Вторая проблема - маршрутизация IP-пакетов по сетям АТМ. Созданный для интеграции с IP-сетями ATM adaptation level 5 (AAL5) слишком нерационально использовал полосу пропускания вследствие больших накладных расходов. А механизм взаимного преобразования адресов оказался слишком сложным. В результате технология АТМ постепенно утратила свои позиции, несмотря на гораздо более широкую функциональность по сравнению с протоколами FR и ISDN.

В московском сегменте ЕТКБС подсеть АТМ относительно успешно функционировала в течение 11 лет. Использовалась она исключительно в качестве базового транспорта для передачи данных, как посредством выделенных VP-туннелей, так и по протоколу LANE (LAN Emulation), весьма сложному в части настройки и диагностики отказов. Но вследствие описанных выше сложностей сеть АТМ не получила дальнейшего развития и в 2011 г. была окончательно выведена из эксплуатации.

А что же взамен? Наиболее достойный кандидат - и практически единственный! - технология мультипротокольной коммутации по меткам (Multi Protocol Label Switching, MPLS). Выбор ее в качестве базовой при построении перспективной МК ЕТКБС основывался на проведенных в 2003-2008 гг. в Банке России экспериментальных работах.

В 2007 г. в Москве, Вологде, Орле и Перми был создан опытный участок, который в дальнейшем стал ядром новой магистральной сети. На этом участке с использованием как имитаторов полезной нагрузки, так и реального информационного трафика Банка России были проведены нагрузочные испытания, в целом показавшие эффективность технологии MPLS, полную ее совместимость с оборудованием других подсистем МК ЕТКБС и соответствие всем требованиям, которые бизнес-процессы Банка России предъявляют к магистральной сети связи.

Новая магистральная компонента

В 2009-2011 гг. в Москве и 78 территориальных учреждениях Банка России на основе технологии MPLS была создана новая магистральная компонента ЕТКБС, лишенная недостатков сетей FR/ISDN. За счет организации в регионах резервных площадок была также повышена отказоустойчивость (рис. 2).

Благодаря применению универсального транспорта IP/MPLS в новой сети была достигнута полная интеграция сервисов и реализовано динамическое перераспределение пропускной способности магистральных каналов связи.

Использование технологий IP/MPLS позволяет комбинировать разные модели обеспечения сквозного качества обслуживания - IntServ (Integrated Services Model) и DiffServ (Differentiated Services Model). Модель IntServ поддерживает QoS на основе резервирования полосы пропускания и управления потоками данных. При этом протокол MPLS предоставляет больше, чем FR, возможностей инжиниринга трафика. Модель DiffServ обеспечивает QoS на основе классификации и маркировки трафика на границах сети.

Изначально в концепции развития МК ЕТКБС было предусмотрено три класса трафика:

приложения реального времени (аналог класса real time);

критические приложения (аналог класса business critical);

стандартные приложения (аналог класса best effort).

К первому классу были отнесены сервисы сети ведомственной телефонной связи и видеоконференц-связи, ко второму - приложения платежной сети, к третьему - приложения информационной сети (электронная почта, интранет-порталы, электронный документооборот и др.). Однако банковская деятельность при всей своей регламентированности весьма разнообразна, и трафик используемых в Банке России приложений в прокрустово ложе трех классов уложить сложно. Именно сочетание технологий IP и MPLS придало ИТ-инфраструктуре Банка России необходимую гибкость, обеспечило требуемое качество и высокую доступность сервисов.

Но подобная гибкость имеет свою цену, любые преимущества сопровождаются вытекающими из них недостатками. Так, дополнительная протокольная избыточность привела к тому, что в старой магистральной сети один телефонный вызов занимает полосу 8 кбит/с, в новой - около 30 кбит/с. Но это неизбежная и осознанная плата за мультисервисность.

Взорвалось или нет?

Внимательный читатель непременно спросит - хорошо, новые сети построены на основе «самого свежего пороха» технологий мультисервисных сетей, а дальше?

Следует признать, что корпоративная сеть Банка России - ЕТКБС - за восемь лет претерпела радикальные изменения. Но принимая во внимание, что основной бизнес-процесс Банка России - это поддержание бесперебойного функционирования платежной системы страны, «взрыва» допустить было никак нельзя. Мировой опыт создания подобных систем и собственный опыт эксплуатации были учтены, изменения проводились постепенно, без прерывания критически важных сервисов и без ослабления эксплуатационного контроля. Платежный трафик в настоящее время по-прежнему передает старая магистральная сеть, на новую переведены пока только голос, видеоконференцсвязь и информационный трафик. Миграцию всех сервисов на новую сеть планируется завершить в 2015 г. Несомненно, это заставляет Банк России нести дополнительные расходы по поддержке двух магистральных сетей, но если посчитать, во сколько может обойтись лишь один час простоя системы платежей в масштабах всей страны, то торопливость и надежда на «авось» явно неуместны. Тем более что в перспективе переход на новые технологии позволит существенно снизить издержки.

Итак, «взрывных» проблем не возникло. Но глубокое влияние мультисервисности на систему эксплуатации, безусловно, отрицать нельзя. Корень всех проблем любой мультисервисной сети - это многопараметричность, превосходящая все известные технологии.

Действительно, реализация принципа мультисервисности влечет за собой усложнение телекоммуникационных технологий, количество независимых параметров описания систем связи неизбежно растет.

Под «зонтиком»

Первое важное следствие многопараметричности мультисервисных сетей - значительное усложнение мониторинга и управления.

Наличие систем управления во всех подсистемах было одним из основных требований при создании новой магистральной сети Банка России, и оно было реализовано в полной мере. И системы управления, и оборудование обладают развитыми встроенными средствами диагностики, в необходимости которых служба эксплуатации убеждалась не раз. Но переход на новые технологии и усложнение структуры магистральной сети показали, что прежний, ресурсный подход к эксплуатации в целом и диагностике сложных проблем в частности себя уже не оправдывает. Неоднократно приходилось сталкиваться с ситуациями, когда на каждом уровне в отдельности системы управления показывают отсутствие проблем, а пользователи все равно жалуются на качество сервисов.

Общие недостатки штатных систем управления (СУ), поставляемых вместе с оборудованием, - наличие только пассивных средств мониторинга и слабые возможности взаимной интеграции. Каждая СУ видит только свой «огород» и практически ничего не знает о смежных системах. Анализировать корреляцию событий в отдельных подсистемах приходится вручную силами ведущих специалистов, что приводит к дополнительным потерям времени.

Один из возможных путей выхода из сложившейся ситуации - создание «зонтичной» системы-гипервизора, обеспечивающей объединение информации от всех систем управления в единое поле событий с развитыми средствами интеллектуального анализа. Создание именно такой системы управления и было инициировано службой эксплуатации ЕТКБС. Эта система разрабатывается как классическая «зонтичная» OSS (Operational Support System), основное назначение которой - поддержка службы эксплуатации и сквозной контроль функционирования сервисов.

SLA - для своих

Второе важное следствие многопараметричности мультисервисной сети - сложность контроля качества сервисов. В этой ситуации понятиями системы эксплуатации являются QoS и SLA (Service Level Agreement).

При подключении к магистральной сети пользователи сервисов в большинстве случаев затрудняются сформулировать конкретные требования, но, как правило, стремятся получить ресурс с большим запасом. В результате, если просуммировать все такие запросы, то пропускная способность МК ЕТКБС должна быть в четыре раза выше имеющейся. А при возникновении претензий к качеству сервисов описание проблемы обычно звучит весьма расплывчато - «приложение плохо работает», «выросла очередь на отправку сообщений». Причем ответственность за снижение качества работы приложения пользователь пытается возложить в первую очередь на магистральную сеть, несмотря на наличие нескольких промежуточных систем.

Так что заключение соглашений о качестве сервиса между подразделениями одной организации, особенно такой крупной и территориально распределенной, как Банк России, в последнее время становится все важнее. Поэтому модернизация системы эксплуатации корпоративной сети Банка России включает и внедрение концепции SLA. Только после создания соответствующих соглашений на всех уровнях вопрос качества сервисов из области абстрактных рассуждений переходит в сугубо практическую плоскость. Тем более что новая магистральная сеть обладает всеми средствами для обеспечения сквозного QoS.

Но внедрить SLA мало, нужно еще контролировать выполнение соглашений. Причем средствам контроля должны доверять обе стороны - и пользователь, и провайдер. Одним из перспективных направлений деятельности службы эксплуатации МК ЕТКБС является разработка системы контроля качества сервисов. Помимо мониторинга соблюдения SLA одно из требований к данной системе - это возможность активного тестирования качества сервисов с помощью как встроенных средств оборудования, так и специальных пробников, образующих распределенную контрольно-измерительную сеть. Кроме того, система контроля качества сервисов должна быть интегрирована в СУ ЕТКБС.

Повышение эффективной пропускной способности

Еще одно перспективное направление исследований - оптимизация трафика банковских приложений. Технологии оптимизации передачи данных по территориально распределенным сетям (WAN) ускоряют работу приложений, используя интегрированный подход к повышению производительности при работе через глобальные сети. Решения по оптимизации трафика особенно интересны в случае перехода на централизованную обработку данных, так как повышают быстродействие приложений при работе с ЦОДом, сокращают нагрузку на магистральные каналы связи и время передачи файлов в глобальных сетях. Для этого используется комплекс технологий:

оптимизация (дедупликация) передаваемых данных - сведение к минимуму объема повторно передаваемых данных за счет устранения повторяющихся комбинаций байтов и компрессии;

оптимизация транспортировки данных за счет уменьшения количества ТСР-пакетов для того же объема данных, благодаря чему повышается эффективность работы в глобальных сетях;

оптимизация приложений - сокращение времени ожидания и загрузки каналов связи за счет минимизации служебного трафика, генерируемого приложениями, включая опережающее считывание, локальную обработку обращений и кэширование данных.

В 2012 г. на опытном участке МК ЕТКБС Москва - Пермь была проведена проверка эффективности решений оптимизации трафика WAN применительно к задачам Банка России. Результат проверки оказался весьма оптимистичным - объем трафика, переданного устройством оптимизации в магистральную сеть за время эксперимента, оказался на 73% меньше объема, полученного для передачи, что позволяет говорить об увеличении эффективной пропускной способности канала связи в 3,7 раза. На 2013 г. запланированы сравнительные испытания, целью которых будет окончательный выбор технического решения.

Обладая значительными преимуществами, мультисервисные сети существенно сложнее традиционных сетей, их эксплуатация для любой организации - серьезный вызов. Модернизировав свою корпоративную сеть до уровня мультисервисной, Банк России создал внушительный технологический задел на достаточно длительную перспективу. Накопленный опыт помогает службе эксплуатации ЕТКБС успешно справляться со всеми сложностями мультисервисности, но тем не менее она не перестает разрабатывать и внедрять новые методы обеспечения высокой доступности и качества сервисов.

Другое название мультисервисных сетей связи - NGN, что в переводе на английский звучит какNew Generation Networks либо же Next Generation Network. Мультисервисные сети связи - это сети новешего поколения. Ядром являются IP-сети, которые поддерживают частичный или полный перечень столь необходимых услуг передачи речи, мультимедиа и данных. Мультисервисные сети связи работают по принципу конвергенции услуг электросвязи.

Что являлось предпосылками возникновения NGN?

Раньше различная информация передавалась при помощи ведомственных сетей связи, таких, как сеть телеграф, телефон и прочее. Вскоре возникла идея объединить все ведомственные связи в одну, названную следующим образом: ISDN. Однако вскоре она потерпела неудачу. И причин на то было довольно-таки много: дороговизна оборудования ISDN, возникновение новых востребованных услуг, развитие сетей IP. Поэтому появилась новая сеть - NGN, которая строилась на базе протокола IP.

По каким принципам работают мультисервисные сети связи?

Информация, передаваемая через сети нового поколения, делится по своему типу на сигнальную и пользовательскую. Первая предоставляет определенные услуги и обеспечивает бесперебойную коммутацию абонентов. Пользовательская же содержит полезную для абонента информацию (видео, голос, данные и так далее).

В основе NGN лежит технология MPLS, а также интернета. Сегодня выделяют следующие подходы к построению NGN:

1. H.323 - это первый из существующих на данный момент типов. Представлен он в виде наложений данных через сети ISDN.

2. SIP является независимым от транспортных технологий. Пришел на смену H.323, когда в том выявили ряд проблем. SIP предоставляет VoIP-услуги.

3. MGCP производит декомпозицию шлюзов, разбивая их на три блока. Это Signalling Gateway - передает сигнальную информацию, Media Gateway - передает пользовательские данные, Call Agent - содержит интеллект шлюза.

Данные подходы могут применяться как совместно, так и по отдельности.

Программный коммутатор SoftSwitch

Устройство Softswitch управляет сессиями VoIP, обеспечивает связь имеющихся сетей с современными ТфОП. Функция Gatekeeper, выполняемая Softswitch на базе H323, и функция Call Agent делает устройство более современным.

Программный коммутатор MGCF выполняет функцию связи канальной и пакетной коммутации.

Что собой представляет NGN на данный момент?

Все чаще операторы связи переходят на коммутацию пакетов. Новые технологии позволяют беспрепятственно перейти от сетей раннего поколения к современным, обеспечивая непрерывную работу в любой телефонной сети. Таким образом, чтобы кардинально не менять всю структуру сети, нужно воспользоваться данным принципом точечного перехода. Требования к переходам к NGN:

Мультимедийность;

Мультисервисность;

Интеллектуальность;

Мультиоперативность;

Широкополосность;

Масштабируемость;

Инвариантность.

Кто является производителем оборудования?

Производителями NGN являются следующие компании: Cisco Systems, Siemens, Alcatel-Lucent, Huawei, Avaya и др. В России - МФИ Софт.

Также существуют мультисервисные кабельные сети.

Мультисервисная сеть дает возможность многоканального кабельного телевидения, каналов видеонаблюдения, высокоскоростного интернета, передачи данных Ethernet, сбора данных и управления приборами учета для ЖКХ.

Мультисервисные кабельные сети позволяют транслировать каналы в любой части страны, района, города. Поэтому ею пользуются многие операторы кабельной связи.

Новые переходы от старых технологий к современным дают возможность без потери уже имеющихся услуг и оборудования создать что-то более совершенное, инновационное. При этом сохраняются старые функции, что важно для операторов связи.

Мультисервисные сети связи еще не раз нас порадуют чем-то новеньким, потому что им есть куда развиваться. Ну а на сегодняшний день NGN предоставляет все услуги, которые может оказать самая продвинутая телефонная или кабельная сеть.

ВВЕДЕНИЕ.. 7

1 МУЛЬТИСЕРВИСНАЯ СЕТЬ СВЯЗИ. СТРУКТУРА И УСЛУГИ.. 8

1.1 Услуги и принципы построения мультисервисной сети. 8

1.2 Услуги и технические характеристики IPTV.. 11

1.3 Сетевые протоколы для реализации услуг IPTV.. 17

1.4 Анализ требований по качеству предоставления услуг IPTV.. 21

2 СЕТИ ДОСТУПА И КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ УСЛУГ IPTV.. 24

2.1 Методы передачи трафика IPTV в IP-сетях. 24

2.2 Сети доступа в IPTV сетях. 26

2.3 Архитектура МСС для передачи видеотрафика IPTV.. 33

3 РЕГИОНАЛЬНАЯ СЕТЬ METRO ETHERNET. 36

3.1 Выбор сети доступа. 36

3.2 Услуги IPTV на базе технологии Metro Ethernet 37

3.3 Технология Metro Ethernet 42

3.4 Расчет пропускной способности для технологии Metro Ethernet 48

3.5 Расчет пропускной способности для группы абонентов Triple play по технологии Metro Ethernet 53

3.6 Сравнительный анализ беспроводных широкополосных технологий для предоставления услуг IPTV 59

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.. 62

4.1 Краткая характеристика разрабатываемой системы реализации услуг IPTV на мультисервисной сети 62

4.2 Расчет себестоимости и цены научно–технической продукции. 62

5 ОХРАНА ТРУДА.. 73

5.1 Организация системы управления охраной труда на предприятии. 73

5.2 Требования пожарной безопасности при использовании средств вычислительной техники 74

5.3 Организационные, технические и иные решения по устранению опасных и вредных факторов 76

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 80

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 81

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Слайды презентации………………………….…………………………….. 82

ВВЕДЕНИЕ

Термин IPTV появляется в 1995 году, им был обозначен видеопродукт компании Percept Software, которая использовала IP–трафик для передачи аудио и видеоданных для индивидуальных подписчиков и абонентских групп в режиме “multicast” (групповой передачи данных, когда пакет информации предназначен для нескольких получателей в рамках группы).

После долгих попыток IP-телевидение преодолело первые технические трудности и стало доказывать свою ценность в реальных коммерческих сетях.

Сегодня при передаче телевизионных сигналов все чаще прибегают к использованию пакетной передачи, то есть передают телепрограмму с помощью IP–протокола (IPTV). Стандартные MPEG–телесигналы в данной технологии преобразуются для передачи в IP–сети. Основная система включает форматирование потоков головной станции и кодеры, преобразующие MPEG–2 в цифровой поток для IP–передачи. На головной станции установлено программное обеспечение для обслуживания абонентов. Система обслуживания абонентов контролирует каждую абонентскую приставку (Set–top–box), обслуживает подписку на каналы, открывает–закрывает каналы для каждого абонента, поддерживает электронные платежи, отправку сообщений. Изначально в абонентской приставке может быть и не загружено никакого программного обеспечения.

Когда новый абонент включает приставку и получает сигнал, то с головной станции загружается последняя программного обеспечения, что очень удобно для его обновления. Автоматизированная система расчетов рассылает счета абонентам. Если абонент не платит по счету, доступ к услуге закрывается из центра управления сетью.

Передача телевизионного изображения по интернет – сетям стала возможной только с появлением таких технологий, как ADSL 2+ и VDSL 2, а в дальнейшем – технологий пассивной оптической сети и оптического Ethernet . В настоящее время в основном существуют фрагменты сетей IPTV, опытные зоны.

IPTV строится на платформе интернета, эта сетевая система имеет возможность свести воедино мир Интернета и мир телевидения за счет конвергенции всех форм коммуникаций и развлечений в единую гибкую, полностью интегрированную мультимедийную инфраструктуру.

МУЛЬТИСЕРВИСНАЯ СЕТЬ СВЯЗИ. СТРУКТУРА И УСЛУГИ

1.1 Услуги и принципы построения мультисервисной сети

Концепция мультисервисности содержит ряд аспектов, относящихся к различным сторонам построения сети:

− конвергенция загрузки сети, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единого формата представления данных. Например, в настоящее время передача аудио и видеотрафика происходит в основном через сети, ориентированные на коммутацию каналов, а передача данных – по сетям с коммутацией пакетов. Конвергенция загрузки сети определяет тенденцию использования сетей с коммутацией пакетов для передачи и аудио– и видеопотоков, и данных сетей. Однако это не отрицает требования дифференцирования трафика в соответствии с предоставляемым качеством услуг;

− конвергенция протоколов, определяющая переход от множества существующих сетевых протоколов к общему (как правило, IP). В то время, как существующие сети предназначены для управления множеством протоколов, таких сети ориентируются на единый протокол и различные сервисы, требующие для поддержки различных типов трафика;

− физическая конвергенция, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единой сетевой инфраструктуры. И мультимедийный, и голосовой трафики могут быть переданы с использованием одного и того же оборудования с учетом различных требований к полосе пропускания, задержкам и «дрожанию» частоты. Протоколы резервирования ресурса, формирования приоритетных очередей и качества обслуживания (QoS), позволяют дифференцировать услуги, предоставляемые для различных видов трафика;

− конвергенция устройств, определяющая тенденцию построения архитектуры сетевых устройств, способной в рамках единой системы поддерживать разнотипный трафик. Так, коммутатор поддерживает коммутацию Ethernet–пакетов, IP–маршрутизацию и соединения АТМ. Устройства сети могут обрабатывать данные, передаваемые в соответствии с общим протоколом сети (IP) и имеющие различные сервисные требования, (гарантии ширины полосы пропускания, задержку и др.). Кроме того, устройства могут поддерживать как Web–ориентированные приложения, так и пакетную телефонию;

− конвергенция приложений, определяющая интеграцию различных функций в рамках единого программного средства. Например, Web–браузер позволяет объединить в рамках одной страницы мультимедиа – данные типа звукового, видеосигнала, графики высокого разрешения;

− конвергенция технологий выражает стремление к созданию единой общей технологической базы для построения сетей связи, и способной удовлетворить требованиям и региональных сетей связи, и локальных вычислительных сетей. Такая база уже существует: например, асинхронная система передачи (АТМ) может использоваться для построения как региональных, так и локальных вычислительных сетей;

− организационная конвергенция, предполагающая централизацию служб сетевых, телекоммуникационных, информационных под управлением менеджеров высшего звена, например, в лице вице – президента. Это обеспечивает необходимые организаторские предпосылки для интегрирования голоса, видеосигнала и данных в единой сети.

Все перечисленные аспекты определяют различные стороны проблемы построения мультисервисных сетей, способных передавать трафик различного типа, как в периферийной части сети, так и в ее ядре.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к построению мультисервисной сети связи:

− мультисервисность − независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

− мультимедийность − способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные видео, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

− интеллектуальность − возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;

− инвариантность доступа − возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;

− многооператорность − возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности.

К услугам мультисервисной сети можно отнести:

– высокоскоростной доступ в сеть интернет;

– IP–телефония, в которую включены ряд функций (разные виды переадресации, ограничение связи, выбор номера, функция определения номера и т.д.);

– объединение удаленных корпоративных сетей;

– создание виртуальных корпоративных сетей (VPN).

На рисунке 1.1 представлена функциональная структура региональной цифровой телекоммуникационной мультисервисной сети связи.

Рисунок 1.1 – Функциональная структура региональной цифровой телекоммуникационной мультисервисной сети связи.

В состав мультисервисной сети связи входит следующие элементы:

– сеть широкополосного абонентского доступа обеспечивает высокоскоростной доступ в сеть Internet для предоставления всех услуг мультисервисной сети связи;

– инфотелекоммуникационная транспортная система (ИТС) – область взаимодействия инфокоммуникационной сети в терминах модели взаимодействия открытых систем образует цифровая телекоммуникационная мультисервисная сеть связи, в которой основные сетевые характеристики интегрального обслуживания трафика различной природы обеспечивает ее коммуникационное мултипротокольное ядро. В котором реализуется услуги переноса (bearer service) мультимедийной информации между сетевыми окончаниями, называемые инфокоммуникационными услугами связи. При этом доставка информационных услуг осуществляется на единый мультимедийный пользовательский терминал через стандартный широкополосный интерфейс;

– цифровая телекоммуникационная мультисервисная сеть связи страны включает в себя все виды цифровой сети связи объединяющая все сети связи, входящие в состав страны;

– мультимедийный терминал включает в себя систему обработки цифровых аудиовизуальных и мультимедийных данных и память, необходимые для работы в цифровой телекоммуникационной мультисервисной сети связи, и корректного отображения получаемой информации из сети.

1.2 Услуги и технические характеристики IPTV

Видео, передаваемое по IP, чрезвычайно чувствительно к потерям пакетов. Потеря одного или нескольких пакетов практически не отразится на восприятии картинки, но если сбой продолжается более секунды, это заметно сказывается на качестве изображения. Возможности приставок в плане компенсации потерь пакетов достаточно ограничены. Многие приставки борются с появлением видимых артефактов, связанных со сбоями в сети, используя возможности помехоустойчивого кодирования (FEC) для маскировки потерь или для повторного запроса недошедших пакетов, технически оба метода достаточно сложны. Уровень джиттера в сети также является существенным параметром, так как приставки имеют с ним ограниченные возможности борьбы (обычно в пределах 150 мс). Абсолютная задержка видеопотока, в общем–то, не важна, если она постоянна во времени; но это постоянство надо обеспечить. И, наконец, важна возможность одновременной передачи в сети видео VoIP и других потоковых трафиков, чувствительных к временным параметрам. Когда по сети передается множество разноплановых услуг, возникает потребность в гибких схемах очередности передачи потоков и других механизмах борьбы с заторами. Создаваемые очереди должны иметь разные схемы приоритетов и разные размеры буферов. Это должно быть сделано на сетевом уровне.

Управление допуском потоков в сеть: удачные схемы внедрения видеоуслуг приво–дят к стремительному росту на них числа подписчиков. Реальные проекты видео–по–требованию демонстрировали десятикратные увеличения числа подписчиков за несколько лет. При проектировании сети нельзя допускать ее перегрузки, так как она влечет за собой неконтролируемые потери пакетов, одновременно ухудшающие качество всех видеоуслуг, передаваемых в сети. Для предотвращения перегрузки сеть должна иметь механизмы взаимодействия с источниками видеопотоков и давать «добро» на запуск каждого нового видеопотока только в случае, если он не создаст затора в сети.

Время переключения с канала на канал. Хотя скорость переключения между каналами не будет единственным критерием в пользу или против подписки на услугу, но от этого параметра в сильной мере зависит удовлетворенность абонентов IP вещанием. Поэтому весьма важно спроектировать сеть таким образом, чтобы минимизировать скорость переключения. Комплексный подход к обеспечению услуг: видео–по–требованию и ТВ вещание предъявляют принципиально разные требования в плане их бесперебойности.

Вещание каналов осуществляется в многоадресном режиме. При потере в сети одного мультикастового потока без услуги могут остаться тысячи абонентов.

Поэтому сеть должна быть четко оптимизирована для прохождения таких потоков и должна обеспечивать возможности восстановления потерянной информации от мультикастовых источников. Для возможности восстановления сигнала является географическое разнесение дублирующих друг друга источников мультикастового сигнала, чтобы при необходимости сеть смогла бы быстро переключиться на альтернативный источник. Видео–по–требованию, напротив, индивидуальная услуга, поэтому потеря такого потока не столь катастрофична. В то же время ошибки при создании очередей потоков видео–по–требованию или при их администрировании могут приводить к серьезным заторам в сети. Например, если в сети случится авария, а резервные каналы окажутся слишком узкими, то неконтролируемые потери отдельных пакетов из разных потоков могут повлечь за собой сбой всех телевизионных услуг одновременно. Поэтому для вещания и видео–по–требованию необходимо разрабатывать разные схемы поддержки.

Жизненный цикл услуги: при запуске видеоуслуги темпы подписки на нее будут зависеть от плотности населения на территории ее внедрения, времени присутствия услуги на рынке, успешности рекламных кампаний и многого другого. Иными словами, абонентская база не является чем–то постоянным, и сеть не должна потребовать существенных изменений при любых темпах ее роста. При ее расчете должна быть учтена вся потенциальная аудитория. Следует также принять во внимание возможность изменений параметров самой услуги; они должны требовать минимального изменения в «логистике» потоков. Сеть должна безболезненно допускать добавление услуг, связанных, например, с сезонными интересами или с изменением требований абонентов.

Классификация услуг, предоставляемые в системах IPTV, разделены на три основные группы:

– базовые (канальные) услуги(Basic Channel Service);

– расширенные (избираемые) услуги (Enhanced Selective Service);

– интерактивные услуги по обмену данными (Interactive Data Service).

Базовый комплекс IPTV включает в себя стандартный набор услуг, предоставляемых в сетях кабельного и эфирного телевидения. Реализация этого комплекса обеспечивает возможность трансляции по сетям IР радио и телевизионных программ в сочетании с базовым комплексом услуг сетей переда­чи данных. При этом предполагается, что услуги базового комплекса не яв­ляются взаимосвязанными и могут предоставляться независимо.

Услуги расширенного комплекса IPTV реализуются в комплексах, которые обеспечивают активное взаимодействие абонента с системой, которая предоставляет услугу. Для таких комплексов характерно наличие и активное использование обратных каналов. К услугам, предоставляемым в составе расширенного комплекса IPTV, относятся:

– различные варианты реализации услуги "Видео по запросу" – VoD(Video On Demand);

– трансляция музыкальных программ по запросу абонента – MOD (Music On De–mand);

– услуга электронного вида по транслируемым программам – EPG (Electronic Program Guide);

– услуга "Персональный видеоплеер" – PVP (Personal Video Player) – имеет функции для интерактивного просмотра видео с функциями видеоплеера;

– услуга "Деловой канал" – В2В hosting (Business to Business Hosting) – предполагает организацию выделенного канала для обмена оперативными данными и проведения видеоконференций между подразделениями одной компании;

– услуга "Персональный канал" – С2С hosting (Channel to Channel Hosting) – обеспечивает организацию выделенного канала внутренне­го обмена групп пользователей;

– услуга "Углы зрения" – (Multi–angle Service) – обеспечивает пользовате­лю возможность оперативно изменять ракурс обзора представляемого в видеопрограмме объекта.

Комплекс интерактивных услуг по обмену данными сетей IPTV представляет со­бой расширенный набор информационных сервисов сети Интернет, объеди­ненных в пяти тематических категориях:

Услуги информационной категории обеспечивают возможность получения оперативных сообщений информационных служб, например, региональные и мировые новости, прогноз погоды.

Услуги IPTV, отнесенные к коммерческой категории, предназначены для поддержки сервисов, связанных с финансовыми расчетами и требующих повышенный уровень информационной безопасности. К таким сервисам в пер­вую очередь можно отнести электронные покупки, участие в электронных аукционах, электронные операции с платежными средствами.

К услугам коммуникационной категории в описываемом документе отнесены классические информационные сервисы сети Интернет - электронная почта, различные службы обмена сообщениями. В эту же категорию вклю­чены услуги VoIP и видеоконференция.

Услуги образовательной категории предназначены для организации и поддержки дистанционного обучения различных уровней – начиная от начальной школы вплоть до высших учебных заведений. Специальные образовательные услуги, такие, например, как изучение иностранных языков, также отнесены к данной категории.

Основным преимуществом телевизионных систем, основанных на протоколе сети Интернет, является способ организации доставки телевизионных программ. В отличие от классических систем телевидения, которые основаны на вещании всем абонентам всего комплекса программ, абонент IPTV сам определяет состав и насыщенность приходящего к нему информационного потока, что существенно снижает требования к пропускной способности наиболее протяженной части канала доставки программ.

Системы, предназначенные для предоставления услуги VoD , обеспечивают абоненту возможность заказать доставку или трансляцию выбранного видеофильма, или видеопрограммы. Абонент, использующий такую услугу, получает возможность просматривать заказанную видеопрограмму на собственном телевизионном приемнике или персональном компьютере. В процессе просмотра программы абонент может использовать стандартный набор функций управления воспроизведением, например, функции остановки кадра, прямой и обратной перемотки фильма.

Системы VoD могут быть построены на основе двух различных схем достав­ки заказанных программ абоненту:

­– потоковая доставка видеопрограмм;

– доставка видеопрограмм по расписанию.

В первом случае процесс доставки видеопрограммы абоненту выполняется в реальном масштабе времени на фоне ее просмотра. При этом очередные фрагменты просматриваемой программы доставляются абоненту по высоко­скоростному каналу прямым потоком или блоками с периодом 10-15 минут. Такой режим доставки обеспечивает возможность просмотра видеофильма практически сразу после оформления заказа и не предъявляет высоких требо­ваний к аппаратуре воспроизведения. Системы потоковой доставки, в свою очередь, подразделяются на две категории:

– упрощенные потоковые системы;

– полные потоковые системы – T–VoD (True Video On Demand).

Системы T–VoDиспользуют прямую потоковую доставку и поэтому способны обеспечить абоненту возможность полного управления режимом просмотра принимаемой видеопрограммы. В отличие от T–VoD, в упрощенных потоковых системах применяется блоковая доставка видеопрограмм, что может существенно ограничить возможности абонента по управлению воспроизведением принимаемой видеопрограммы. Применение обоих вариантов потоковой доставки видеопрограмм в системах VoDцелесообразно только при наличии высокоскоростного канала (не менее 6 Мбит/сек) у абонента до провайдера данной услуги.

В системах VoD, которые применяют доставку видеопрограмм по расписа­нию, абонент во время заказа видеопрограммы должен определить удобный для себя момент начала доставки с учетом расписания трансляции данной программы по сети провайдера. Абонент также должен соответствующим образом обеспечить возможность записи транслируемой программы на воспроизводящее устройство. Сама доставка видеопрограммы в данном случае может осуществляться по относительно низкоскоростным каналам.

Передача данных в потоковых системах VoDможет быть выполнена только в цифровом формате. Эти системы, безусловно, более привлекательны для клиента, но их реализация требует больших ресурсов.

Доставка видеопрограмм по расписанию в соответствующих системах VoDможет быть выполнена в аналоговом или цифровом виде, причем форма дос­тавки в данном случае определяется возможностями используемого канала. В системах VoDможет также применяться гибридная доставка, когда при помощи специальной приставки передаваемая в цифровом формате видеопрограмма записывается на аналоговый видеомагнитофон.

Среди множества IPTV–услуг, наиболее перспективным являются:

Видео по требованию, «почти» видео по требованию, интерактивное телевидение, трансляция каналов в реальном времени, интерактивное телевидение, трансляция каналов в реальном времени, интерактивная программа передачи и персональный видеомагнитофон. Данный выбор основан на востребованности услуг на рынке, а также в связи с существующими различиями на физическом уровне.

Наряду с предложением принципиально новых продуктов, таких как Video–on–Demand, iTV и др., поставщики услуг и операторы мультисервисной сети имеют также возможность предоставлять традиционные услуги трансляции телевизионных каналов в реальном времени.

Поставщик услуг может предлагать различные тематические пакеты канало, которые могут включать как традиционные эфирные каналы, так и цифровые кабельные и спутниковые каналы. При этом абонент избавлен от необходимости приобретать такое оборудование, как спутниковый ресивер и антенну для приема спутниковых каналов, кабельный декодер для кабельных канало и оплачивать услуги различных провайдеров.

Вместо этого он получает выбранный пакет каналов с помощью своего единого абонентского устройства (в пределах набора каналов, ретранслируемых оператором) и оплачивает единый счет за все предоставленные ему услуги мультисервисной сети. Поскольку передача видеосигнала по мультисервисной сети ведется в цифровом виде, то потери качества сигнала при ретрансляции не происходит.

Благодаря применению современных цифровых технологий при ретрансляции телеканалов, в пакете цифровых услуг поставщики услуг могут предоставлять абонентам также:

– электронную программу передачи (EPG, Electronik Program Guide);

– персональный видеомагнитофон (PVR, Personal Video Recorder);

– мультиязычное звуковое сопровождение;

– мультиязычные субтитры.

В зависимости от выбранного абонентам тарифного плана ему может предоставляться доступ к различным каналам, ретранслируемым оператором.

В дополнение к перечисленным выше основным возможностям при ретрансляции телеканалов по мультисервисной сети оператором также дополнительно могут быть предоставлены следующие возможности:

– просмотр прошедших за последнее время (например, 24 часа) телепрограмм, которые абонент не успел просмотреть;

– персональная приостановка трансляции на ограниченное время (например, на 1 час), с последующим продолжением просмотра с места приостановки.

Перечисленные выше возможности часто называют функцией Shifted–TV. Они, фактически, дают абоненту все базовые возможности цифрового видеомагнитофона без необходимости иметь таковой.

Ряд дополнительных функций связан с возможностями распределенной платформы VoD по трансляции региональной рекламной информации, уникальной в пределах области покрытия каждого узла предоставления услуг. Ниже перечислены основные такие функции:

– возможность выбора абонентом режима просмотра телеканала: с рекламой (по пониженной стоимости или бесплатно) или без нее (за полную стоимость).

При просмотре фильмов доступны следующие дополнительные возможности:

– перемотка фильма вперед и назад, режим паузы, продолжение просмотра, временная приостановка просмотра с запоминанием позиции;

– трансляция фильма в режиме, позволяющим осуществить его запись на имеющиеся цифровые устройства записи;

1.3 Сетевые протоколы для реализации услуг IPTV

Протокол RTP

Протокол RTP (Real–Time Transport Protocol) является транспортным протоколом реального времени, который гарантирует доставку данных одному или более адресатам с задержкой в заданных пределах, т. е. данные могут быть воспроизведены в реальном времени.

RTP не поддерживает каких–либо механизмов доставки пакетов, обеспечения достоверности передачи или надежности соединения. Эти все функции возлагаются на транспортный протокол. RTP работает поверх UDP и может поддерживать передачу данных в реальном времени между несколькими участниками RTP–сеанса.Для каждого участника RTP сеанс определяется парой транспортных адресов назначения пакетов (один сетевой адрес – IP и пара портов: RTP и RTCP).

Пакеты RTP содержат следующие поля: идентификатор отправителя, указывающий, кто из участников генерирует данные, отметки о времени генерирования пакета, чтобы данные могли быть воспроизведены принимающей стороной с правильными интервалами, информация о порядке передачи, а также информация о характере содержимого пакета, например, о типе кодировки видеоданных (MPEG, Indeo и др.). Наличие такой информации позволяет оценить величину начальной задержки и объема буфера передачи.

Поскольку RTP определяет (и регулирует) формат полезной нагрузки передаваемых данных, с этим напрямую связана концепция синхронизации, за которую частично отвечает механизм трансляции RTP – микшер. Принимая потоки пакетов RTP от одного или более источников, микшер, комбинирует их и посылает новый поток пакетов RTP одному или более получателям. Микшер может просто комбинировать данные, а также изменять их формат, например, при комбинировании нескольких источников звука. Предположим, что новая система хочет принять участие в сеансе, но ее канал до сети не имеет достаточной емкости для поддержки всех потоков RTP, тогда микшер получает все эти потоки, объединяет их в один и передает последний новому члену сеанса. При получении нескольких потоков микшер просто складывает значения импульсно–кодовой модуляции. Заголовок RTP, генерируемый микшером, включает идентификатор отправителя, чьи данные присутствуют в пакете.

Более простое устройство – транслятор, создает один исходящий пакет RTP для каждого поступающего пакета RTP. Этот механизм может изменить формат данных в пакете или использовать иной комплект низкоуровневых протоколов для передачи данных из одного домена в другой. Например, потенциальный получатель может оказаться не в состоянии обрабатывать высокоскоростной видеосигнал, используемый другими участниками сеанса. Транслятор конвертирует видео в формат более низкого качества, требующий не такой высокой скорости передачи данных.

Протокол IP

Протокол IP является самым главным во всей иерархии протоколов семейства TCP/IP. Именно он используется для управления рассылкой TCP/IP пакетов по сети Internet. Среди различных функций, возложенных на IP обычно выделяют следующие:

– определение пакета, который является базовым понятием и единицей передачи данных в сети Internet. Многие зарубежные авторы называют такой IP-пакет датаграммой;

– определение адресной схемы, которая используется в сети Internet;

– передача данных между канальным уровнем (уровнем доступа к сети) и транспортным уровнем (другими словами мультиплексирование транспортных датаграмм во фреймы канального уровня);

– маршрутизация пакетов по сети, т.е. передача пакетов от одного шлюза к другому с целью передачи пакета машине-получателю;

– "нарезка" и сборка из фрагментов пакетов транспортного уровня.

Главными особенностями протокола IP является отсутствие ориентации на физическое или виртуальное соединение. Это значит, что прежде чем послать пакет в сеть, модуль операционной системы, реализующий IP, не проверяет возможность установки соединения, т.е. никакой управляющей информации кроме той, что содержится в самом IP-пакете, по сети не передается. Кроме этого, IP не заботится о проверке целостности информации в поле данных пакета, что заставляет отнести его к протоколам ненадежной доставки. Целостность данных проверяется протоколами транспортного уровня (TCP) или протоколами приложений.

Протокол UDP

Протокол UDP (User Datagram Protocol) описан в документе RFC 768. Протокол, обеспечивающий негарантированную доставку данных без установления виртуального соединения между программами, которым требуется использовать сетевые услуги. Он ориентирован на сервис без установления соединений и не обеспечивает надежную передачу сегментов между сетевыми приложениями. Это очень простой протокол, который развивает возможности IP–протокола лишь в части демультиплексирования потока пакетов по признаку принадлежности их определенному приложению и контроля целостности данных.

Взаимодействие между прикладными процессами UDP реализует посредством механизма протокольных портов. Протокольный порт можно определить, как абстрактную точку присутствия конкретной прикладной программы, выполняющейся на конкретном хосте. Когда рабочая станция получает пакет, в котором указан ее IP–адрес, она может направить его определенной программе, используя уникальный номер порта, назначенный этой программе в ходе выполнения процедуры установления соединения. Таким образом, в стеке протоколов TCP/IP порт является механизмом поддержания рабочей станцией одновременного выполнения нескольких прикладных процессов.

Протокол RIP.

Внутренний протокол маршрутизации RIP (Roeting Internet Protocol) является одним из наиболее распространенных протоколов маршрутизации в компьютерных сетях, который позволяет маршрутизаторам динамически обновлять маршрутную информацию, получая её от соседних маршрутизаторов.

Алгоритм маршрутизации RIP (алгоритм Беллмана – Форда) был впервые разработан в 1969 году как основной для сети ARPANET. В1994 г. был разработан протокол RIP2, который является расширением протокола RIP, обеспечивающим передачу дополнительной маршрутной информации в сообщениях RIP и повышающим уровень безопасности. Для работы в среде IPv6 была разработана версия RIPng.

Максимальное количество переприемов, разрешенное в RIP – 15. Каждый RIP–маршрутизатор по умолчанию вещает в сеть свою полную таблицу маршрутизации раз в 30 секунд.

В современных сетях возможности RIP уступают более современным протоколам, например, OSPF, так как 15 переприемов ограничивает применение протокола в больших сетях. Единственным преимуществом этого протокола является простота конфигурирования.

Протокол OSPF.

Протокол выбора наикратчайшего пути OSPF (Open Shortest Pass First) – протокол динамического маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала и использующий для нахождения кратчайшего пути алгоритм Дейкстры.

Протокол OSPF разработан IETF в 1998 году. OSPF распространяет информацию о доступных маршрутах между маршрутизатором одной автономной системы и обеспечивает решение следующих задач:

– поддержка сетевых масок переменной длины;

– достижимость сети;

– использование пропускной способности;

– метод выбора пути.

Протокол BGP.

Протокол граничного шлюза BGP (Border Gateway Protocol) является основным протоколом динамической маршрутизации в Интернете. BGP, в отличии от других протоколов динамической маршрутизации, предназначен для обмена информации о маршрутах не между отдельными маршрутами, а между целыми автономными системами, и поэтому, помимо информации о маршрутах в сети, переносит также информацию о маршрутах на автономные системы. BGP не использует технические метрики, а осуществляет выбор наилучшего маршрута исходя из правил, принятых в сети.

BGP поддерживает бесклассовую адресацию и использует суммирование маршрутов для уменьшения таблиц маршрутизации. BGP является протоколом сетевого уровня, однако функционирует поверх протокола уровня TCP.

Протокол IGMP.

Данные мультимедиа передаются, обычно, в режиме без установления соединения (протокол UDP-RTP). Наиболее типичной схемой в этом случае является наличие одного передатчика и большого числа приемников. Эта схема реализуется с использованием многоадресной передачи, которая может осуществляться на IP и MAC уровнях. Так как соотношение IP и MAC адресов не являются однозначным, драйверы должны обеспечить обработку адресов с тем, чтобы интерфейсы получали только те кадры, которые действительно им предназначены. Для того чтобы информировать маршрутизатор о наличии участников обмена мультивещания в подсети, связанной с тем или иным интерфейсом, используется протокол IGMP.

Протокол IGMP (Internet Group Management Protocol) используется для видеоконференции и передачи звуковых сообщений. Для того чтобы участвовать в коллективных обменах, локальная сеть должна быть снабжена программой, которая поддерживает этот режим. При этом сервер локальной сети информируется о намерении использовать мультивещание. Сервер передает эту информацию другим серверам IP–сети. Следует иметь в виду, что мультикастинг также как и широковещательный ражим, заметно загружает сеть. IGMP для передачи своих сообщений использует IP дейтограммы. Для подключения к группе сначала посылается IGMP сообщение всем узлам о включении в группу, при этом локальный сервер мультивещании подготавливает маршрут. Локальный сервер мультивещания периодически проверяет узлы и определяет, не покинули они группу. Все обмены между узлами и сервером мультивещания производится в режиме мультивещания, т.е. любое сообщение адресуется всем участникам группы. Узлы не принадлежащие группе, IGMP сообщений не получают, что снижает нагрузку на сети.

При использовании мультивещания MAC переключатели переадресуют пакеты через все имеющиеся интерфейсы, что заметно ухудшают эффективность сети. Чтобы решить эту проблему компания Cisco Systems разработала протокол CGMP (Cisco Group Management Protocol), который позволяет взаимодействовать маршрутизаторам и переключателям, что позволяет передавать пакеты мультивещания только на те интерфейсы, где имеются активные члены группы.

1.4 Анализ требований по качеству предоставления услуг IPTV

Для предоставления услуг IPTV мультисервисная сеть связи должна обеспечить требуемое качество соединения и предоставляемых сервисов, т.е. должен быть обеспечен определенный уровень качества обслуживания (QoS). Но так как разнородный трафик в мультисервисных сетях предъявляет различные требования к качеству обслуживания, то сеть оператора связи должна поддерживать несколько уровней QoS, каждый из которых имеет набор нормированных параметров.

Для построения региональных (зоновых) компонентов национальной ЦТМСС рекомендованы две базовые пакетные технологии IP–QoS (технология интегральных услуг с резервированием ресурсов (Integrated Services, IntServ), технология дифференциальных услуг (Differentiated Services, DiffServ) в сочетании с технологией многопротокольной коммутации по метке (Multi–Protocol Label Switching, MPLS)).

Стандарты ITU–T для услуг IPTV.

В Международном союзе электросвязи (ITU) разработкой стандартов IPTV занимается фокус–группа IPTV (ITTV–FG), которая состоит из рабочих групп. В рамках деятельности IPTV–FG была предложена архитектура IPTV на разных уровнях детализации функций участников процесса предоставления IPTV–услуг (пользователя, оператора сети, поставщика услуг и поставщика контента). При этом на среднем уровне рассматривается несколько вариантов архитектуры: без учета возможностей сети NGN, в составе сети NGN на базе подсистемы IMS, в составе сети NGN без подсистемы IMS и конвергенция первого и второго вариантов. На верхнем уровне выделяются функции, общие для всех четырех архитектур. В области стандартизации ITU–T также входят:

– стандарты сжатия видео при предоставлении IPTV–услуг, например, MPEG–4/ AVC (H.264):

– технологии сети доступа предоставления IPTV–услуг, например:

а) APON (ATM PON, пассивная оптическая сеть поверх ATM);

б) GPON (Gigabit PON, гигабитная пассивная оптическая сеть);

в) ADSL (Asymmetric DSL, асимметричная цифровая абонентская линия);

е) VDSL (Very High Speed DSL, цифровая абонентская линия с высокой пропускной способностью);

з) FS–VDSL (Full Service–VDSL, VDSL с полным набором услуг).

Стандарты ATIS для услуг IPTV.

Альянс по решениям в области электросвязи (ATIS) осуществляет стандартизацию IPTV, в основном, в рамках комитета IPTV Interoperability Forum (IIF), занимающегося совместимости, взаимодействия и реализации IPTV– систем и услуг.

Деятельность IIF связана с архитектурой IPTV в составе сети NGN на базе платформы IMS и без подсистемы IMS, с подсистемой защиты контента DRM, а также с разработкой требований по совместимости, надежности и устойчивости компонентов архитектуры.

Стандарты ETSI для услуг IPTV.

Европейский институт стандартизации в электросвязи (ETSI) разрабатывает архитектуру IPTV в составе сети NGN на базе подсистемы IMS и без подсистемы IMS в рамках технического комитета TISPAN. Важным направление в деятельности ETISI является цифровое вещание DVB. Основные стандарты ETSI по IPTV:

TS 102 034 V1.2.1 Transport of MPEG–2 TS based DVB Service over IP based networks;

TS 102 005 V1.2.1 Implementation Guidelines for the use jf Audio–Visual Content in DVB services delivered over IP;

EN 300 468 V1.7.1 Specification for Service Information (SI) in DVB systems.

При разработке стандартов ETSI DVB используются существующие стандарты DVB, учитываются спецификация IETF, используются технологии XML и IP.

Стандарты DSL Forum для услуг IPTV.

DSL-Форум стандартизирует предоставление IPTV–услуг по широкополосному доступу, в том числе:

– технологии ADSL2+/VDSL2, объединение несколько технологий DSL, решения PON;

– управление многоадресной передачи данных и сетями VLAN – протокол IGMP и поддержка различных сетей VLAN;

– управлением доступом к IPTV-услугам и управление качеством обслуживания – получение сведений в режиме реального времени о топологии сети, о доступной ширине полосы пропускания (ШПП), возможность динамического перераспределения ресурсов для обеспечения требуемых ШПП и показателей QoS;

– домашняя сеть – первичная настройка абонентского оборудования, автоматическое распознавание, удаленное управление и самодиагностика;

– качества восприятия QoE – мониторинг и измерение показателей, определяющих качество восприятия IPTV-услуг пользователем.

Стандарты MPEGIF для услуг IPTV.

Форум MPEGIF разрабатывает спецификацию стандартов сжатия аудио и видео, таких как, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7.

Стандарты MPEG-1 и MPEG-2 сделали возможным интерактивное видео на CD-ROM и цифровое телевидение. Стандарт MPEG-4 предоставляет стандартизированные технологические элементы, позволяющие осуществлять доступ к содержимому в области цифрового телевидения, к интерактивной графике и интерактивному мультимедиа.

MPEG-7 является стандартом ISO/IEC, разработанным MPEG (Moving Picture Experts Group) – комитетом, который разработал стандарты MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4.

MPEG-7 формально называется «Мультимедиа–интерфейс для описания содержимого». Он имеет цель стандартизовать описание мультимедийного материала, поддерживающего некоторый уровень интерпретации смысла информации, которая может быть передана для обработки ЭВМ. Стандарт MPEG-7 не ориентирован на конкретное приложение. Он стандартизирует некоторые элементы, которые рассчитаны на поддержку широкого круга приложений.

Многие годы отрасль связи, если смотреть на нее глазами потребителей, выглядела достаточно консервативно, предоставляя, в основном, базовые услуги - телефонию, передачу данных и Интернет. В то же время на предприятиях - потребителях услуг происходили существенные изменения. И в результате корпоративным заказчикам понадобилась услуга связи другого типа - комплекс, объединяющий и те традиционные услуги, к которым заказчик уже привык, и совершенно новые сервисы - мультимедийные, информационные, прочие. Причем структура этого комплекса и параметры качества отдельных составляющих должны определяться самим потребителем.

Становится все очевиднее, что будущее за конвергентными услугами - передачей по одному каналу речи, данных, видео, ТВ, телеметрии и т. п., и чтобы на этом рынке успешно работать, операторам связи надо менять не только технологии, но и бизнес-практику. Время спокойной "стрижки купонов" с телефонного трафика закончилось. Дезинтеграция классической модели бизнеса операторов связи приводит к уменьшению их прибыли, появлению новых конкурентов, ценовому давлению.

То, что происходит сегодня, можно назвать IP-революцией. Новейшие технологии, использующие этот протокол связи, выходят сегодня на первый план, становятся катализатором создания новой телекоммуникационной "среды обитания". Роль телекоммуникационной и тесно с ней связанной индустрии ИТ начинает меняется, возникает то, что можно назвать коммуникационно-медийной или мультисервисной средой. Для операторов связи это означает, что пришло время переходить от такой привычной политики "владения трубой" (по аналогии с трубой нефтепровода) и получения с нее дохода к предоставлению широкого спектра интеллектуальных услуг, изменению принципов работы с потребителями.

Мультимедийные услуги на базе широкополосного доступа - это одно из наиболее быстрорастущих в истории телекоммуникаций направлений, которое по темпам ростам сегодня превышает даже мобильную телефонию.

Что такое мультисервисная среда?

Мультисервисная телекоммуникационная среда - это модель бизнеса, построенная на основе широкополосных сетей связи следующего поколения (Next Generation Networks, NGN), позволяющая предоставлять очень широкий набор услуг и дающая гибкие возможности по их созданию, управлению и персонализации. Основными отличиями таких сетей являются:

• возможность передачи большому количеству пользователей в реальном времени очень больших объемов информации с необходимой синхронизацией и с использованием сложных конфигураций соединений;
• интеллектуальность (возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика сервиса, обеспечение раздельной тарификации и управление условным доступом);
• инвариантность доступа (возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии);
• комплексность услуги (возможность участия нескольких провайдеров в предоставлении услуги и разделение их ответственности и дохода сообразно с видом деятельности каждого).

Появление подобных сетей и связанных с ними услуг меняет буквально все - телевидение становится цифровым, более того - интеллектуальным, персонализированным и интерактивным, телефонная связь сменяется видеотелефонией, заказывать новые кинофильмы, музыку и книги можно будет, не вставая с дивана. Эти же сети позволяют автоматизировать получение информации с любого количества датчиков и счетчиков, установленных в квартирах и домах, к ним подключаются системы охранной сигнализации и контроля. Появление подобных, очень привлекательных для индивидуальных и корпоративных потребителей услуг создает новый, весьма емкий рынок в нашей стране.

И здесь очень важно для операторов не увлекаться только генерацией дохода от отдельных услуг и защитой таким образом от утечки клиентской базы - основная задача заключается в создании интегрированной развлекательно-коммуникационной среды на базе мультисервисных сетей. Ведущие позиции займут те телекоммуникационные компании, которые первыми поймут, что необходимо не только изменять принцип предоставления широкополосных услуг, но и объединять три бизнеса - телекоммуникационные услуги, создание новых приложений и контента. Правда, при этом необходимо понимать высокий риск, связанный с выходом на новый рынок и необходимостью покупки или создания специализированных компаний.

На этом пути просматриваются две возможные бизнес-модели. Первая более привычна для традиционных операторов связи и заключается в концентрации только на телекоммуникационных сервисах, то есть предоставлении клиентам широкополосных каналов (по которым осуществляется передача речи, данных, видео) в пакете с IP-телефонией и конвергентными услугами для мобильных операторов. Клиентами, в том числе, будут и сервис-провайдеры, предоставляющие описанные выше услуги на базе арендованных у оператора каналов. По мнению многих аналитиков, такой подход может позволить традиционным операторам избежать многочисленных рисков. Основной довод, который приводится в защиту такой позиции, заключается в том, что телекоммуникации сегодня - значительно более крупный бизнес, чем продажа контента, и еще долго будет оставаться таким. С другой стороны, использование этой модели лишит операторов значительной доли дохода.

Большие перспективы имеет совершенно новый интегрированный бизнес и новая бизнес-модель, основанная на предоставлении качественных мультисервисных услуг. Это касается и индивидуального, и корпоративного рынков связи.

Предоставление мультисервисных услуг для широких слоев населения требует создания новой модели продаж и заключения новых партнерских соглашений. В частности, требуется создание партнерской сети с контент-провайдерами и агрегаторское подразделение в собственной структуре. Для покрытия большего рынка и получения максимально возможного дохода этому бизнесу необходимы единый канал для разнообразных услуг и большое число сегментированных пакетов услуг.

Новая мультисервисная среда вводит в оборот ряд услуг - одни из них привлекательны для широкого круга пользователей и позволяют достаточно быстро их внедрить, другие на сегодняшний день являются только перспективными, но позволяют обеспечить взрывной рост дохода в ближайшем будущем.

В список первых, например, входят такие услуги, как:

• обычное цифровое и интерактивное телевидение;
• видео (музыка, книги) по запросу, персональная видеозапись телепередач;
• IP-телефония, видеотелефония;
• Интернет;
• местные информационные услуги и ряд других.

В список перспективных:

• видеокоммерция;
• интерактивная реклама;
• интерактивные банковские, страховые и туристические услуги;
• предоставление эксклюзивного медиаконтента.

Перечислять можно достаточно долго, но стоит еще упомянуть такие направления, как персональное телевидение, игры, создание интерактивных сообществ, которые позволяют, в первую очередь, создавать новое, готовое для потребления таких услуг общество.

Отметим, что поскольку даже в новых условиях речевая связь еще долго будет основным генератором дохода, очень перспективным будет продвижение интегрированных услуг на ее основе, например:

• прием звонков на телевизионный приемник с задержкой (временной записью) программ;
• видеотелефония и видеоконференц-связь через ТВ;
• видеочаты и т. п.

Основная проблема, которую уже почувствовали российские игроки, заключается в том, что создание мультимедийного контента в России сегодня значительно отстает от внедрения технической инфраструктуры мультисервисных сетей. Дефицит контента скоро станет важнее всего - это решающий фактор для привлечения потребителей информационных услуг.

Специализированного и, главное, привлекательного для клиентов контента практически нет. И без непосредственного вмешательства операторов связи, располагающих значительными инвестиционными средствами, в процесс создания рынка контента может образоваться ситуация "провала", потери темпа и серьезных убытков на начальном этапе создания российской мультисервисной среды. По оценкам компании "Система Мультимедиа", контентная часть проекта может окупиться только при 300 000 подключившихся абонентов, и позволить себе включиться в эту игру могут только сильные игроки.

Чтобы понять, насколько это "горячий" рынок, посмотрим, как развивается это направление в мире и России.

Потребление мультисервисных услуг в мире

Западные операторы связи гораздо ближе подошли к решению перечисленных проблем. Гораздо лучше дела обстоят и с контентом, и с самой технической инфраструктурой мультисервисных сетей. Статистика динамики широкополосных подключений позволяет достаточно адекватно оценить состояние и перспективы рынка мультисервисного контента. Ситуация с такими каналами в развитых странах значительно лучше, чем в России.

В 2004 году, по данным Point Topic, количество широкополосных подключений в мире выросло приблизительно на 45% до 131 млн. (по данным IMS research, до 150 млн.), в то время как доходы только от предоставления доступа выросли на 22%. При этом доходы от дополнительных услуг выросли в течение 2004 года от 3,3 млрд. долл. в январе до 6,9 млрд. долл. в декабре. Правда, пока основной рост доходов обеспечивают системы безопасности, IP-телефония и домашние сети.

За этот же год количество подписчиков на широкополосное видео увеличилось в 10 раз.

Такие темпы роста, по оценкам аналитиков, будут сохраняться на протяжении еще нескольких лет, и еще до конца 2009 года в мире будет примерно 400 млн. клиентов широкополосного доступа.

Наиболее популярным видом соединения остается ADSL, число пользователей которого превысило в начале этого года 100 млн. человек, но сегодня не менее серьезный рост показывают WiMAX и спутниковый Интернет.

Ситуация меняется очень быстро. По данным Gartner, в 2002 году доход от передачи данных (сюда входят и новые услуги) по сетям операторов фиксированной связи в мире составлял примерно 18% от всего рынка телекоммуникаций, в 2007 году эта доля увеличится до 25% и составит не менее 350 млрд. евро. При этом доля речевого трафика по этим же сетям уменьшится с 45% до 31%. Все это происходит на фоне бурного роста мобильного трафика, который учтен в этом распределении.

Ситуация в России

По данным Pyramid Research, сегодня на российский корпоративный рынок приходится порядка 150 тыс. широкополосных подключений, а на индивидуальный - около 100 тыс. линий, большая часть которых построена на технологиях DSL и Ethernet. Количество российских пользователей широкополосного доступа превысило 5 млн., что составляет примерно половину всех пользователей Интернета и обеспечивает около 70% трафика.

В наиболее развитых регионах - Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Екатеринбурге, Челябинске, Томске и некоторых других - доля широкополосных подключений частных пользователей составляет 20 и более процентов от всего числа линий. В то же время, в других экономически развитых регионах доля широкополосных подключений в разы меньше, и это определяется не экономическими факторами, а политикой местных операторов связи и вялой коммерческой активностью местных сервис-провайдеров.

По данным этой же компании, к 2009 году количество корпоративных подключений вырастет до 700 тыс., при этом ежегодный рост числа подключений составит 50–65%. К этому же году к широкополосным каналам будут подключены примерно 500 тыс. квартир, что немногим превысит 1% от их общего числа. Более быстрый рост этого рынка сдерживает неразвитость инфраструктуры, ведь только в очереди на обычную телефонную связь сегодня числится около 4 миллионов людей. Ситуацию переломить может именно широкое внедрение мультисервисных сетей и перенос акцентов инвесторов, как российских, так и зарубежных, на построение инфраструктуры "последней мили". В этом случае, по данным аналитических агентств Ovum и IDC, количество подключений к 2009 году может превысить 8 млн., при этом большая часть новых подключений также придется на DSL, с все более возрастающей долей других технологий, в частности, Gigabit Ethernet. Причем максимальный рост числа подключений и дохода ожидается именно на рынке частных пользователей - не менее 100% в течение двух ближайших лет. В Москве к 2008 году предполагается подключение к широкополосным каналам около 1 млн. квартир, притом доход этого сектора рынка достигнет примерно 250 млн. долларов к 2010 году.

Основные проблемы, которые ограничивают сегодня распространение широкополосного доступа, а значит, и внедрение мультисервисных сетей, заключаются в следующем:

• требуются значительные инвестиции в отрасль;
• отсутствует мощная многогигабитная магистральная инфраструктура, слабо развиты абонентские сети;
• необходимо полное изменение бизнес-модели для операторов;
• значительная территория и неравномерность расселения людей требуют внимательного подбора технологий (и их комбинации) в зависимости от географии и населенности: xDSL, передача данных по силовым электросетям, WLL, W-CDMA и т. д.;
• пиратство, обеспечение прав владения через IP, борьба с мошенничеством требуют внедрения бизнес-модели, основанной на продаже контента со сложными системами управления, контроля доступа и тарификации;
• относительно низкая прибыль на отдельную услугу, значительное количество телевизионных приемников и незначительное количество компьютеров у частных пользователей в большинстве регионов требуют полного изменения сервисов, что сейчас является очень серьезной проблемой ввиду отсутствия необходимого контента.

Участники игры

В настоящее время практически все операторы фиксированной связи, входящие в холдинг "Связьинвест", разработали проекты внедрения мультисервисных сетей масштаба региона, некоторые из них уже начали внедрение. Правда, в подавляющем большинстве случаев под мультисервисной сетью понимается сеть передачи данных, обеспечивающая предоставление ограниченного пула дополнительных услуг, в первую очередь таких, как широкополосный доступ в Интернет, организация виртуальных корпоративных IP-сетей (IP VPN) и IP-телефония, кое-где сюда включается и трансляция стандартного набора телевизионных каналов.

К продвижению новых медийных услуг для населения и корпоративного рынка операторы только приступают, и доля доходов от этого вида услуг сегодня не превышает нескольких процентов.

Отметим, что планируемое объединение мультисервисных сетей межрегиональных компаний "Связьинвеста" в единую информационную транспортную систему позволяет холдингу получить значительное конкурентное преимущество, в первую очередь за счет масштаба, в частности, за счет возможности экономии на контенте, которым компании "Связьинвеста" смогут обмениваться.

Не менее активно создают подобные сети и альтернативные операторы, такие, как "Система Телеком", "Российская телевизионная и радиовещательная сеть" (РТРС), "Комкор", "Нижегородские информационные сети" и др., предоставляющие свои услуги в крупных городах и значительно реже - на областном уровне. Наиболее заметные проекты - это проекты "Стрим" и "Стрим ТВ" "Системы Мультимедиа" и похожий проект интерактивной многофункциональной сети РТРС, которая совместно с "Энвижн Груп" запустила пилотный проект в Хабаровском крае и начала опыты в Москве с телевидением высокой четкости. При этом альтернативные операторы в регионах стараются получить доступ к "последней миле", появляется тенденция привлечения иностранного капитала и иностранных компаний в отрасль.

Учитывая протяженность нашей страны, значительную неравномерность расселения людей, следует ожидать, что в процесс формирования нового мультисервисного рынка вмешаются операторы спутниковой связи, которые уже сейчас начинают работать в этом направлении.

Существенной силой, с которой через некоторое время придется считаться на этом рынке, являются операторы мобильной связи, которые по мере внедрения технологий нового поколения (3G) могут вмешаться и изменить расклад сил.

Как уже упоминалось выше, рынок контента для мультисервисной среды сегодня никем не занят, более того - он драматически пуст, хотя определенное движение заметно и здесь. В этом рынке заинтересованы телевизионные каналы и студии, продюсерские агентства и поставщики контента для мобильных операторов, провайдеры интернет-контента и киностудии. Очень вероятен выход на этот рынок и иностранных участников, возможно, в той или иной степени аффилированности с российскими игроками.

Для российских системных интеграторов и западных производителей оборудования все это открывает широчайшее поле деятельности, за которое уже сегодня ведется нешуточная борьба.

Преимущества для корпоративного рынка

Построение единой унифицированной широкополосной мультимедийно-мультисервисной корпоративной сети, обеспечивающей необходимый уровень обслуживания, позволяет значительно изменить возможности информационного обмена внутри предприятий.

Вот только несколько новых возможностей, которые легко реализуются на базе мультисервисной сети поверх стандартных сервисов:

• подключение систем безопасности, видеонаблюдения и сигнализации к сети с выводом в диспетчерские пункты;
• предоставление возможности передачи видео с индивидуальных приемников видеосигнала между пользователями;
• быстрая передача больших объемов графических, видео-, аудио- и текстовых файлов, потокового видео, аудиоконтента;
• телеобучение;
• создание в рамках сети выделенных виртуальных сетей с расширением их возможностей за счет подключения мультимедийных и телевизионных ресурсов, а также средств видеоконференц-связи;
• диспетчеризация инженерной и иной инфраструктуры предприятий, включая подключение систем пожарной безопасности, счетчиков энергии, воды и тепла, систем контроля и идентификации.

Мультисервисная сеть - это единая сеть, способная передавать голос, видеоизображения и данные. Основным стимулом появления и развития мультисервисных сетей является стремление уменьшить стоимость владения, поддержать сложные, насыщенные мультимедиа прикладные программы и расширить функциональные возможности сетевого оборудования. Цель данной статьи состоит в представлении возможностей технологий мультисервисных сетей, концепции построения, примеров использования и оборудования, предлагаемого ведущими производителями, - Cisco Systems и 3Com.

Концепция мультисервисности сетей

Концепция мультисервисности содержит несколько аспектов, относящихся к различным сторонам построения сети.

Во-первых, конвергенция загрузки сети, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единого формата представления данных. Например, в настоящее время передача аудио- и видеотрафика происходит в основном через сети, ориентированные на коммутацию каналов, а передача данных - по сетям с коммутацией пакетов. Конвергенция загрузки сети определяет тенденцию использования сетей с коммутацией пакетов для передачи и аудио- и видеопотоков, и собственно данных сетей. Однако это не отрицает требования дифференцирования трафика в соответствии с предоставляемым качеством услуг.

Во-вторых, конвергенция протоколов, определяющая переход от множества существующих сетевых протоколов к общему (как правило, IP). В то время как существующие сети предназначены для управления множеством протоколов, таких как IP, IPX, AppleTalk, и одного типа данных, мультисервисные сети ориентируются на единый протокол и различные сервисы, требующиеся для поддержки различных типов трафика.

В-третьих, физическая конвергенция, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единой сетевой инфраструктуры. И мультимедийный, и голосовой трафики могут быть переданы с использованием одного и того же оборудования с учетом различных требований к полосе пропускания, задержкам и «дрожанию» частоты. Протоколы резервирования ресурса, формирования приоритетных очередей и качества обслуживания (QоS) позволяют дифференцировать услуги, предоставляемые для различных видов трафика.

В-четвертых, конвергенция устройств, определяющая тенденцию построения архитектуры сетевых устройств, способной в рамках единой системы поддерживать разнотипный трафик. Так, коммутатор поддерживает коммутацию Ethernet-пакетов, IP-маршрутизацию и соединения АТМ. Устройства сети могут обрабатывать данные, передаваемые в соответствии с общим протоколом сети (например, IP) и имеющие различные сервисные требования (например, гарантии ширины полосы пропускания, задержку и др.). Кроме того, устройства могут поддерживать как Web-ориентированные приложения, так и пакетную телефонию.

В-пятых, конвергенция приложений, определяющая интеграцию различных функций в рамках единого программного средства. Например, Web-браузер позволяет объединить в рамках одной страницы мультимедиа-данные типа звукового, видеосигнала, графики высокого разрешения и др.

В-шестых, конвергенция технологий выражает стремление к созданию единой общей технологической базы для построения сетей связи, способной удовлетворить требованиям и региональных сетей связи, и локальных вычислительных сетей. Такая база уже существует: например, асинхронная система передачи (АТМ) может использоваться для построения как региональных, так и локальных вычислительных сетей.

В-седьмых, организационная конвергенция, предполагающая централизацию служб сетевых, телекоммуникационных, информационных под управлением менеджеров высшего звена, например, в лице вице-президента. Это обеспечивает необходимые организаторские предпосылки для интегрирования голоса, видеосигнала и данных в единой сети.

Все перечисленные аспекты определяют различные стороны проблемы построения мультисервисных сетей, способных передавать трафик различного типа как в периферийной части сети, так и в ее ядре.

Требования к мультисервисным сетям

Мультисервисные сети позволяют операторам расширить свои сетевые магистрали в направлении предоставления новых сервисов, предлагая дополнительные услуги для широкого круга корпоративных клиентов. Под мультисервисными сетями мы понимаем предоставление разнородных телекоммуникационных услуг по единой инфраструктуре передачи данных.

Когда речь заходит о реализации мультисервисных сетей, обычно подлежат рассмотрению четыре технических вопроса: пропускная способность, задержка, рассинхронизация, управление.

Растущий спрос на новые виды широкополосных передач данных, потребность в доступе к Интернету в условиях жесткой конкуренции вынуждает провайдеров расширять диапазон услуг, снижать расходы на инфраструктуру и прочее. Таким образом, нужна платформа, способная предложить комплексное решение, позволяющее предоставлять широкий спектр услуг: АТМ, Frame Relay, Internet, IP, передачи голоса и видеосигнала с гарантированным качеством обслуживания (QoS) и максимальной готовностью. При этом клиент становится абонентом недорогих и надежных служб от одного поставщика, получает высокоскоростной доступ к Интернету, имеет возможность вносить изменения в набор услуг и служб и оплачивает только один счет.

Что касается проектирования сети, то мультисервисные сети требуют совершенно иного подхода. Доставка видео и голоса должна осуществляться в реальном времени - с необходимостью приоритетности в случае перегрузок транспортной сети. Однако сетевая индустрия никогда не ориентировалась на сети реального времени, данные доставлялись в соответствии с возможностями сети в конкретный промежуток времени.

Архитектура мультисервисной сети

Существует множество вариантов построения мультисервисной сети. Один из них предусматривает построение гомогенной инфраструктуры - это или полностью пакетная, не ориентированная на соединения сеть (типа разделяемых и коммутируемых ЛВС, пакетных региональных сетей связи), или ориентируемые на соединения сети (типа АТМ). Ни одна из перечисленных архитектур в отдельности практически не способна удовлетворить пользователей при построении мультисервисной сети из-за различий в экономических и функциональных требованиях для локальных вычислительных сетей и региональных сетей связи. Мультисервисная сеть, простирающаяся на большие расстояния, должна иметь ядро - региональную сеть связи, - окруженное периферийными локальными вычислительными сетями.

В общем случае, периферийные локальные сети используют различные технологии. Одна сеть может быть основана на коммутируемой Ethernet-технологии (без устройств маршрутизации), другая - на маршрутизируемых сегментах Ethernet-сети, и третья - на технологии АТМ ЛВС.

Ядро сети может быть построено на основе технологий frame relay, асинхронной системы передачи или Internet.

В то время как проблемы с QoS в локальной вычислительной сети можно решить радикальным расширением полосы пропускания, с экономической точки зрения в региональной сети связи это невыполнимо. Поэтому региональные сети связи проектируются с учетом оптимизации использования ресурса для определенного типа трафика.

Сети, основанные на передаче пакетов, типа большей части Internet, обеспечивают хорошее качество потокового, не чувствительного к задержкам трафика обслуживания, но не подходят для трафика с высокими требованиями к полосе пропускания, задержке и «дрожанию» частоты. Ориентированные на соединения сети типа асинхронной системы передачи, наоборот, обеспечивают хорошее качество сервиса для трафика с высокими требованиями к полосе пропускания, задержке и «дрожанию» частоты.

Для магистралей сети наилучшим решением, обеспечивающим масштабируемую пропускную способность и гарантированное качество услуг QoS, в настоящее время является технология ATM. Многофункциональные коммутаторы АТМ, предоставляя различные интерфейсы для подключения оконечного оборудования, обеспечивают взаимодействие через единую инфраструктуру. С их помощью крупные предприятия также могут объединить трафик различных сетей в единой магистрали, наделив при этом свою сетевую инфраструктуру новыми качествами, которые, скорее всего, потребуются уже в ближайшем будущем.

Большое внимание привлекает сегодня еще одна новая технология - телефония на базе IP (известная также как «голос по IP» - Voice over IP, VOIP). Для коммерческих предприятий самым значимым преимуществом передачи голоса по IP является сокращение расходов: имеющаяся сеть передачи данных может передавать голосовой трафик вместо платной общедоступной телефонной сети. Многие крупные корпорации уже имеют обширные сети на базе IP.

QoS ни в коем случае нельзя считать единственным условием эффективной поддержки межпользовательской связи в реальном времени. Наличие QoS в сети обеспечивает доставку аудио-, видеоинформации и данных. Необходимо, однако, обеспечить также совместимость с существующими инфраструктурами для передачи голоса и видеоинформации - с коммутируемыми сетями общего доступа учрежденческими АТС (PBX).

В будущем сети для передачи данных сольются с телефонными сетями и различия между ними исчезнут. Это слияние произойдет, когда ATM действительно станет повсеместным. При этом АТС ничем не будет отличаться от сетевого коммутатора ATM. Подавляющее большинство коммутаторов сможет обрабатывать все типы данных и коммутировать любой трафик. Сегодня поставщики и пользователи готовятся к этому будущему, и очертания сети нового типа со временем будут становиться все более четкими.

Оборудование и решения, предлагаемые Cisco Systems

В конце марта 1998 года компания Cisco Systems объявила о начале третьей стадии пятиэтапной стратегии построения сетей с интеграцией различного типа трафика data/voice/video, в конечном счете направленной на охват всех типов оборудования предприятия. Устройства для построения мультисервисных территориально-распределенных сетей позволяют предоставлять комплексные услуги, объединяющие голосовой трафик, потоки данных и Internet на одной управляемой платформе, и по достоинству оценены поставщиками услуг связи и корпоративными клиентами как в России, так и за рубежом.

В итоге программа должна охватывать все вопросы, связанные с построением интегрированных корпоративных сетей и сетей сервис-провайдеров для передачи разнородного трафика - от небольших точек доступа до магистральных сетей, с подключением по выделенным линиям и посредством сетей общего пользования. Первая фаза этой стратегии была представлена в октябре 1997 года на выставке Interop в Париже. Первыми результатами ее реализации стали возможность уменьшения расходов на междугородные телефонные переговоры за счет их переноса на инфраструктуру корпоративной сети и начало интеграции телефонных и вычислительных сетей. Дальнейшие планы Cisco предусматривают внедрение таких решений, как телефония в Интернете и интрасетях, создание центров технической поддержки на основе Web-технологий, использование видеоприложений на рабочем месте. В рамках этой стратегии ведутся работы по передаче голоса по сетям Frame Relay, ATM и IP.

На второй стадии программы Cisco предложила ряд продуктов для доступа к глобальным сетям с интегрированными услугами.

На третьей стадии программы интеграции разнотипных данных компания Cisco представила мультисервисные устройства: современные коммутаторы, предназначенные для связывания воедино различных служб предприятия, обеспечивающие снижение затрат и развертывание новых бизнес-приложений, демонстрирующие хорошую управляемость всей системой. Компания сосредоточилась на создании «шлюзов» между различными устройствами гетерогенной среды, включая устройства локальных сетей, учрежденческие АТС и ISDN; от IP до АТМ (асинхронной системы передачи); от систем с низкоскоростным доступом до широкополосных коммутируемых систем; от систем с коммутацией каналов до систем с коммутацией пакетов и ячеек. Сеть, поддерживающая перечисленные разнообразные качества, способна стать основой современной информационной инфраструктуры предприятия или оператора услуг электросвязи.

В настоящее время в качестве единой транзитной АТС могут работать сети, построенные на базе ATM-коммутаторов Stratacom (устройства BPX, TGX, MGX, IGX) фирмы Cisco, использующих централизованную модель маршрутизации.

Оборудование Cisco Systems линии Stratacom основано на отраслевых стандартах и является масштабируемым. Наличие модификаций шасси различной плотности портов дает возможность выбора наиболее подходящего оборудования для удовлетворения ваших потребностей. Stratacom - это модульная масштабируемая платформа, ориентированная на развитие, обеспечивающая производительность, необходимую для больших сетевых центров.

При развертывании АТМ-сетей неизбежно возникают сложности с сетевым администрированием из-за большого числа соединений, каждое из которых имеет свой определенный уровень сервиса (QoS), а также с оптимальным распределением полосы пропускания для пользователей, планированием ресурсов и т.д. Для решения этих проблем в данном проекте применяется система управления StrataSphere - масштабируемая среда управления для АТМ-систем, позволяющая начать с нескольких узлов и довести их число до нескольких тысяч. Программное обеспечение StrataSphere разработано для управления сложными, территориально распределенными магистральными сетями, построенными на оборудовании StrataCom.

Интегрированный концентратор доступа Cisco MC3810, включенный в семейство MC3800, как и другие продукты этой компании, работает под управлением программного продукта Cisco IOS. Он сочетает в себе возможности многопротокольного маршрутизатора с функциями сжатия, коммутации и высококачественной передачи голоса и видео в сетях Frame Relay и ATM. Это устройство может подключаться к любой стандартной учрежденческой АТС, системе видеоконференций, а также взаимодействовать с другой аппаратурой Cisco. Концентратор MC3810 способен работать со скоростями от 56 Кбит/с до 2,048 Мбит/с, что обеспечивает гибкое развитие сети по мере роста требований заказчика. Поставщики сетевых услуг могут использовать его для предоставления недорогого интегрированного доступа к сетям Frame Relay, постепенно осуществляя миграцию к ATM-соединениям по каналам T1/E1. При этом MC3810 обеспечивает дифференцированные услуги для трафика различных типов, что допускается далеко не всеми устройствами доступа в сети АТМ.

Эффективные алгоритмы сжатия голоса позволяют при его передаче по корпоративным сетям обходиться значительно меньшей полосой пропускания, чем при работе обычных мультиплексоров или коммутируемых телефонных сетей общего пользования. Cisco MC3810 может обслуживать до 24 голосовых каналов со сжатием до 8 Кбит/с при помощи алгоритма G.729 CS-ACELP, обеспечивает подавление эхо-сигнала и поддерживает механизмы повышения эффективности использования полосы пропускания. Благодаря развитым средствам обработки голосовых вызовов его можно применять в качестве местной АТС для небольших офисов. Гибкая программная конфигурация каналов связи позволяет предоставлять услуги Frame Relay, ATM без замены оборудования и значительных перерывов в работе.

Одновременно Cisco модернизировала АТМ-коммутатор StrataCom IGX, обеспечив его совместимость с MC3810 для обмена голосовым трафиком и данными. Этот коммутатор, предназначенный для глобальных сетей, объединяет все виды трафика на одной магистрали. Сочетание IGX/MC3810 позволяет заказчикам реализовать такие возможности, как гарантированное качество обслуживания (QoS) и средства управления трафиком не только на сетевой магистрали, но и в сетях удаленных филиалов компании. Новое ПО коммутатора IGX осуществляет сжатие голосового сигнала в два-восемь раз, обеспечивая устойчивую работу с обычными АТС и значительную экономию полосы пропускания.

Модернизации подвергся и другой АТМ-коммутатор - LightStream 1010, возможности которого в области обслуживания мультимедийных приложений и передачи разнородного трафика теперь расширились. Предусмотренные в нем средства эмуляции каналов также соответствуют возможностям концентраторов доступа серии MC3800. Дополнительные средства управления трафиком включают поддержку раздельных очередей для каждого потока данных и ряд программных усовершенствований. Благодаря им этот коммутатор может поддерживать отдельные контракты на обслуживание для десятков тысяч потоков, обеспечивает функционирование виртуальных частных сетей и позволяет сервис-провайдерам создавать изолированные виртуальные сети. Развитые средства управления трафиком виртуальных частных сетей позволяют выбирать различную степень их интеграции с услугами сетей общего пользования.

Новые и модернизированные продукты, представленные Cisco, расширяют ассортимент ее периферийного оборудования, предназначенного для объединения с телефонными сетями и переноса голосового трафика на инфраструктуру сетевой магистрали. Теперь список этих устройств включает интегрированные концентраторы доступа MC3810, коммутаторы для ЛС серии Catalyst 5500, АТМ-коммутаторы LightStream 1010 и IGX, маршрутизаторы серий 7xx, 3600 и 7200. Для передачи мультимедийного трафика по сетевой магистрали предназначены АТМ-коммутатор StrataCom BPX, маршрутизаторы серии 7500 и гигабитные коммутаторы третьего уровня серии 12 000. Новые возможности, предусмотренные в ПО Cisco IOS, позволяют определить различные классы обслуживания для IP-трафика и организовать управление им на основе приоритетов. Они соответствуют аналогичным механизмам в сетях АТМ и дополняют эти механизмы на уровне традиционных сетей.

Для построения периферийной части сети компания Cisco Systems предлагает универсальные коммутаторы для глобальных сетей BPX 8680 и MGX 8800, способные обеспечить отличную масштабируемость и поддержку разнообразных служб. Что касается служб, то и BPX 8680, и MGX 8800 могут быть добавлены к существующим сетям ATM/Frame Relay. MGX 8800 и, конечно, BPX 8680 поддерживают программное обеспечение Cisco IOS, что гарантирует широкую поддержку IP, наличие функций защиты данных, администрирования и взаимодействия с сетями, уже использующими ПО Cisco IOS. Что касается масштабируемости, обе платформы готовы к применению интерфейсов OC-48C/STM16, позволяя развернуть сети высокой производительности, как необходимо для передачи трафика различных служб.

Коммутатор BPX 8650, основанный на технологии MPLS, обеспечивает динамическую коммутацию IP-пакетов в среде ATM. Cisco также предлагает своим заказчикам upgrade-пакет, с помощью которого они могут модернизировать установленные коммутаторы серии BPX 8600, дополнив их возможностями MPLS для смешанной среды IP+ATM.

Граничный коммутатор глобальной сети MGX 8800 ориентирован на применение в узлах доступа (PoP) и центральных офисах, обслуживающих максимум 1400 интерфейсов DS1. Для крупных коммуникационных центров, в которых необходимо поддерживать до 16 тыс. интерфейсов DS1, предназначен универсальный сервисный узел BPX 8680.

Коммутатор MGX 8800 поддерживает широкий набор узкополосных и широкополосных интерфейсов, обеспечивая диапазон скоростей от DS0 до OC-48c/STM-16 при пропускной способности коммутационной матрицы 45 Гбит/с.

Используя коммутатор MGX 8800, провайдеры смогут предложить своим клиентам практически полный ассортимент сервисов глобальной сети.

В качестве магистральной платформы, поддерживающей как IP, так и АТМ-трафик, Cisco Systems предлагает оптический коммутатор TGX 8750, способный обслуживать разнообразные периферийные устройства, включая ATM/Frame Relay, IP-маршрутизацию или xDSL-сети. Устройство поддерживает иерархический интерфейс Private Network-to-Network Interface (IPNNI), средства автоматической коммутации с защитой данных (Automatic Protection Switching) в среде SONET/SDH и стандарт взаимодействия оптических сетей OC-48c (наряду с OC-48).

Ядро сети ATM с коммутаторами TGX 8750, построенное на базе интерфейса IPNNI, можно расширить до нескольких тысяч узлов, поддерживающих коммутируемые (SVC) и программируемые постоянные (PVC) виртуальные каналы, а также виртуальные каналы, связывающие один узел с несколькими. Для управления приоритетами при передаче голосового трафика и данных коммутатор применяет алгоритм организации очередей по виртуальным каналам. Cредства контроля доступной скорости передачи (ABR), основанные на ее явном указании, позволяют в полном объеме использовать сетевые ресурсы при минимальном ухудшении характеристик сервиса.

Коммутатор TGX 8750 помимо поддержки надежных масштабируемых протоколов маршрутизации (PNNI, OSPF, IS-IS) для повышения отказоустойчивости позволяет продублировать коммутационные матрицы, процессорные платы, источники питания, интерфейсные карты, допуская горячую замену. Поддержка резервных интерфейсных карт для портов OC-3c, OC-12c, OC-48 и OC-48c обеспечивается средствами автоматической коммутации с защитой данных (SONET 1+1 Automatic Protection Switching), гарантирующими быстрое восстановление работоспособности сетевых служб.