Mobile Backhaul для небольшого мобильного оператора
В данной статье хотелось бы немного рассказать о планировании Mobile Backhaul в нашем небольшом операторе связи. Возможно кому-то это покажется интересным, а может быть и полезным.
Начну с того, что наша компания предоставляет услуги мобильной связи 2G/3G и в ближайшее время планирует запуск в коммерцию сети LTE. Наша абонентская база составляет всего около 200 000 человек. Таким образом, по современным меркам, мы являемся довольно маленьким оператором.
И вот, не так давно, перед нами встала задача по модернизации опорной сети передачи данных.
Цель проекта
Как известно, в настоящее время многие операторы связи переводят свои опорные сети на IP.
Это связано с увеличением объемов потребляемого трафика, внедрением новых технологий, таких как VoIP, IPTV, LTE и др.
Переход на IP делает оператора очень гибким, позволяет без проблем наращивать пропускную способность и предоставлять новые сервисы.
Наш оператор не явился исключением и мы также начали проект по строительству Mobile Backhaul.
Что же такое Mobile Backhaul?
Mobile Backhaul — это опорная сеть передачи данных связывающая базовые станции с функциональными элементами 2G/3G/LTE сети (контроллеры базовых станций и др.). А в случае LTE Mobile Backhaul также обеспечивает возможность соединения базовых станций напрямую между собой. Кроме этого Mobile Backhaul должен также обеспечивать возможность предоставления всех необходимых сервисов (синхронизация, качество обслуживания и др.).
Анализ требований к опорной сети
На первом этапе необходимо было понять каким требованиям должна отвечать опорная сеть и какое оборудование для этого должно быть использовано.
После анализа имеющихся у нас задач, было выяснено, что опорная сеть должна выполнять следующие функции:
1) Обеспечивать возможность изоляции различного типа трафика от базовой станции (сигнализация, управление, данные и др.)
2) Обеспечивать возможность подключения корпоративных клиентов с использованием услуги L2VPN/L3VPN
3) Обеспечивать необходимые показатели качества обслуживания (QoS)
4) Обеспечивать возможность синхронизации базовых станций по IP (IEEE 1588)
Таким образом, учитывая эти требования, в опорной сети было решено развернуть технологию MPLS, которая позволяет реализовать поверх себя все (и даже больше) перечисленные функции.
Для построения Mobile Backhaul было выбрано оборудование компании Cisco Systems.
Выбор был сделан с учетом следующих факторов:
1) Наш оператор имеет давние взаимоотношения с компанией Cisco Systems. Вся транспортная сеть построена на оборудовании данной компании.
2) В технологической сети используется оборудование Nokia, которая является партнером Cisco Systems в части построения сетей для операторов связи.
3) В последнее время Cisco выпускает достаточное количество интересного железа для операторов связи, которое очень хорошо вписывается в нашу концепцию.
Проектирование сети
В настоящее время как у Nokia так и у Cisco Systems существует множество вариантов дизайна сети операторов связи. Основной проблемой в нашем случае являлось то, что все эти варианты планировались для больших операторов и никак не соответствовали нашим требованиям.
В частности Cisco предлагает для проектирования опорной сети Unified MPLS Mobile Transport Design Guide (находится в свободном доступе на сайте Cisco Community). В этом Design Guide есть несколько вариантов построения сети, минимальный из которых предусматривает ситуацию, в котором у Вас имеется «менее 1000 узлов доступа». И даже этот вариант оказался большим для нашего оператора (первоначально планируется перевести на IP около 50 базовых станций с дальнейшим увеличением до 300-400). При этом несколько близлежащих базовых станций могут подключаться в один узел доступа.
Таким образом в нашей сети можно рассчитывать максимум на 100-150 узлов доступа.
В связи с вышесказанным, мы приступили к упрощению предложенной Cisco схемой и адаптацией к нашим реалиям.
В итоге получилось следующее:
1) Опорная сеть будет состоять из трех уровней: доступ, агрегация и ядро (для больших решений Cisco использует 5 уровней).
2) На всей опорной сети будет настроен MPLS, вплоть до доступа. Это позволит реализовать весь необходимый нам функционал и обеспечить требуемый уровень обслуживания.
3) Маршрутизация также будет дотянута до узлов доступа, что позволит передавать трафик между соседними базовыми станциями напрямую, минуя агрегацию/ядро.
В качестве узлов доступа были выбраны маршрутизаторы Cisco ASR901, позиционирующиеся как Cell Site Gateway.
Преимуществами данных маршрутизаторов являются: относительно низкая цена, полный набор необходимых фунций, DC питание, низкое энергопотребление и большой набор сетевых интерфейсов.
В качестве узлов агрегации были выбраны коммутаторы Cisco ME3600X. На этих коммутаторах имеется по 24 оптических порта Gigabit Ethernet и два интерфейса 10 Gigabit, что позволяет передавать в ядро большие объемы трафика. Кроме этого эти коммутаторы хорошо поддерживают MPLS и все необходимые фунции.
В качестве ядра опорной сети выступают имеющиеся на данный момент Cisco 7609. Для них лишь были докуплены платы 10 Gigabit для обеспечения необходимой пропускной способности.
В итоге вырисовывается следующая схема:
Все узлы доступа подключаются полукольцом по 3-5 маршрутизаторов, что позволяет сэкономить дорогостоящие порты на коммутаторах агрегации и в то же время обеспечить резервирование в случае единичного отказа устройства или линка. Каждый из узлов агрегации подключается к каждому из узлов ядра, что также обеспечивает необходимый уровень резервированная.
Подключение базовых станций
В нашем случае существует два типа подключения: подключения 2G/3G станций и подключение LTE станций
В случае с LTE все выглядит довольно просто. IP/MPLS протягивается вплоть до ASR901. На ASR 901 настраивается протокол маршрутизации OSPF и необходимые L3VPN (VRF) — в нашем случае это ControlPlane, UserPlane, O&M и SyncroPlane:
ControlPlane — Сигнализация
UserPlane — Данные
O&M — Управление
SyncroPlane — Синхронизация
Базовые станции включаются различными сабинтерфейсами в необходимые им L3VPN.
Эти же L3VPN присутствуют на узлах, к которым подключены MSS/RNC и др. Таким образом связь между базовой станцией и указанными сетевыми элементами осуществляется изолированно внутри L3VPN посредством протокола MP-BGP.
В случае с 2G/3G базовые станции подключаются с помощью TDM/ATM, по которым и передаются данные и служебный трафик. В связи с этим необходимо обеспечить передачу TDM/ATM трафика между базовой станцией и контроллером по IP-сети. Это достигается настройкой L2VPN (Pseudowire) между ASR901 и сайт-коммутаторами к которым подключен RNC. Таким образом все данные передаются по туннелю поверх IP-сети.
В итоге мы получаем единую архитектуру, позволяющую осуществлять подключение различных типов базовых станций, корпоративных клиентов и которая при этом легко масштабируется.
Эта схема в тестовом использовании зарекомендовала себя очень хорошо и готовится к вводу в коммерческую эксплуатацию.
Чтобы не перегружать статью, здесь не были глубоко затронуты вопросы QoS, синхронизации и т.д.
Возможно эти вопросы будут описаны в дальнейшем, если они кого-нибудь заинтересуют.
Mbh транспортная сеть. Эволюция транспортных сетей в мобильной связи
В данной статье хотелось бы немного рассказать о планировании Mobile Backhaul в нашем небольшом операторе связи. Возможно кому-то это покажется интересным, а может быть и полезным.
Начну с того, что наша компания предоставляет услуги мобильной связи 2G/3G и в ближайшее время планирует запуск в коммерцию сети LTE. Наша абонентская база составляет всего около 200 000 человек. Таким образом, по современным меркам, мы являемся довольно маленьким оператором.
И вот, не так давно, перед нами встала задача по модернизации опорной сети передачи данных.
Цель проекта
Наш оператор не явился исключением и мы также начали проект по строительству Mobile Backhaul.
Что же такое Mobile Backhaul?
Анализ требований к опорной сети
После анализа имеющихся у нас задач, было выяснено, что опорная сеть должна выполнять следующие функции:
1) Обеспечивать возможность изоляции различного типа трафика от базовой станции (сигнализация, управление, данные и др.)
2) Обеспечивать возможность подключения корпоративных клиентов с использованием услуги L2VPN/L3VPN
3) Обеспечивать необходимые показатели качества обслуживания (QoS)
4) Обеспечивать возможность синхронизации базовых станций по IP (IEEE 1588)
Таким образом, учитывая эти требования, в опорной сети было решено развернуть технологию MPLS, которая позволяет реализовать поверх себя все (и даже больше) перечисленные функции.
Для построения Mobile Backhaul было выбрано оборудование компании Cisco Systems.
Выбор был сделан с учетом следующих факторов:
1) Наш оператор имеет давние взаимоотношения с компанией Cisco Systems. Вся транспортная сеть построена на оборудовании данной компании.
2) В технологической сети используется оборудование Nokia, которая является партнером Cisco Systems в части построения сетей для операторов связи.
3) В последнее время Cisco выпускает достаточное количество интересного железа для операторов связи, которое очень хорошо вписывается в нашу концепцию.
Проектирование сети
В частности Cisco предлагает для проектирования опорной сети Unified MPLS Mobile Transport Design Guide (находится в свободном доступе на сайте Cisco Community). В этом Design Guide есть несколько вариантов построения сети, минимальный из которых предусматривает ситуацию, в котором у Вас имеется «менее 1000 узлов доступа». И даже этот вариант оказался большим для нашего оператора (первоначально планируется перевести на IP около 50 базовых станций с дальнейшим увеличением до 300-400). При этом несколько близлежащих базовых станций могут подключаться в один узел доступа.
Таким образом в нашей сети можно рассчитывать максимум на 100-150 узлов доступа.
В связи с вышесказанным, мы приступили к упрощению предложенной Cisco схемой и адаптацией к нашим реалиям.
В итоге получилось следующее:
1) Опорная сеть будет состоять из трех уровней: доступ, агрегация и ядро (для больших решений Cisco использует 5 уровней).
2) На всей опорной сети будет настроен MPLS, вплоть до доступа. Это позволит реализовать весь необходимый нам функционал и обеспечить требуемый уровень обслуживания.
3) Маршрутизация также будет дотянута до узлов доступа, что позволит передавать трафик между соседними базовыми станциями напрямую, минуя агрегацию/ядро.
В качестве узлов доступа были выбраны маршрутизаторы Cisco ASR901, позиционирующиеся как Cell Site Gateway.
Преимуществами данных маршрутизаторов являются: относительно низкая цена, полный набор необходимых фунций, DC питание, низкое энергопотребление и большой набор сетевых интерфейсов.
В качестве узлов агрегации были выбраны коммутаторы Cisco ME3600X. На этих коммутаторах имеется по 24 оптических порта Gigabit Ethernet и два интерфейса 10 Gigabit, что позволяет передавать в ядро большие объемы трафика. Кроме этого эти коммутаторы хорошо поддерживают MPLS и все необходимые фунции.
В качестве ядра опорной сети выступают имеющиеся на данный момент Cisco 7609. Для них лишь были докуплены платы 10 Gigabit для обеспечения необходимой пропускной способности.
В итоге вырисовывается следующая схема:
Все узлы доступа подключаются полукольцом по 3-5 маршрутизаторов, что позволяет сэкономить дорогостоящие порты на коммутаторах агрегации и в то же время обеспечить резервирование в случае единичного отказа устройства или линка. Каждый из узлов агрегации подключается к каждому из узлов ядра, что также обеспечивает необходимый уровень резервированная.
Подключение базовых станций
В случае с LTE все выглядит довольно просто. IP/MPLS протягивается вплоть до ASR901. На ASR 901 настраивается протокол маршрутизации OSPF и необходимые L3VPN (VRF) — в нашем случае это ControlPlane, UserPlane, O&M и SyncroPlane:
ControlPlane — Сигнализация
UserPlane — Данные
O&M — Управление
SyncroPlane — Синхронизация
Базовые станции включаются различными сабинтерфейсами в необходимые им L3VPN.
Эти же L3VPN присутствуют на узлах, к которым подключены MSS/RNC и др. Таким образом связь между базовой станцией и указанными сетевыми элементами осуществляется изолированно внутри L3VPN посредством протокола MP-BGP.
В случае с 2G/3G базовые станции подключаются с помощью TDM/ATM, по которым и передаются данные и служебный трафик. В связи с этим необходимо обеспечить передачу TDM/ATM трафика между базовой станцией и контроллером по IP-сети. Это достигается настройкой L2VPN (Pseudowire) между ASR901 и сайт-коммутаторами к которым подключен RNC. Таким образом все данные передаются по туннелю поверх IP-сети.
В итоге мы получаем единую архитектуру, позволяющую осуществлять подключение различных типов базовых станций, корпоративных клиентов и которая при этом легко масштабируется.
Эта схема в тестовом использовании зарекомендовала себя очень хорошо и готовится к вводу в коммерческую эксплуатацию.
Чтобы не перегружать статью, здесь не были глубоко затронуты вопросы QoS, синхронизации и т.д.
Возможно эти вопросы будут описаны в дальнейшем, если они кого-нибудь заинтересуют.
Современная транспортная сеть должна обеспечивать экономически эффективную агрегацию любого клиентского трафика и его надежную, высококачественную передачу по каналам связи. Этого можно достичь с помощью различных транспортных технологий, многие из которых разработаны совсем недавно.
Транспортные решения следующего поколения
Широко распространенные TDM-технологии, базирующиеся в основном на принципах синхронной иерархии SDH (STM-N, VC-n и т.п.), в настоящее время вытесняются:
На электрическом уровне — технологиями Carrier Ethernet (интерфейсы E/FE, GE, 10GE, 40GE и 100GE) и MPLS-Transport Profile. Эти технологии обеспечат широкие возможности для создания транспортных сетей с пакетной коммутацией операторского класса, ориентированных на установление соединений;
На фотонном уровне — технологиями оптической транспортной иерархии OTH/OTN, похожими на SDH, но в отличие от нее обеспечивающими прозрачность передачи и кросс-коммутации совокупности TDM- и пакетного трафика в любом сочетании с дальнейшей их передачей по каналам систем с разделением каналов по длине волны оптического излучения (систем со спектральным уплотнением каналов) — WDM.
Сервисные сети IP/MPLS могут предоставлять услуги, соединяясь между собой, с системами опорной сети операторов фиксированной и мобильной связи, с точками присутствия провайдеров услуг, а также с системами широкополосного доступа непосредственно или поверх транспортной сети операторского класса. Пакетные коммутаторы с функциональностью Carrier Ethernet/T-MPLS & MPLS-TP становятся важным элементом транспортного уровня сети, взаимодействуя поверх существующих сетей NG SDH/MSPP и/или прозрачного и гибкого фотонного уровня OTN/WDM. Гибкий автоматизированный WDM-фотонный уровень снабжается программно перестраиваемыми и реконфигурируемыми оптическими узлами ввода/вывода T&ROADM. Эти и другие решения, включая использование интеллектуальных транспортных технологий ASON/GMPLS (Intelligent Optical Core), должны быть масштабируемыми по производительности и открытыми для модернизации.
Конвергенция транспортных решений и технологий Ethernet: эволюция к 40G и 100G
Процессы IP-трансформации стимулировали исследования по увеличению пропускной способности транспортных сетей как для традиционного (TDM), так и для пакетного трафика.
Для существующих систем синхронной транспортной иерархии SDH стандартизованы скорости передачи от STM-1 (155 Мбит/с) до STM-256 (40 Гбит/с), увеличивающиеся от уровня к уровню с коэффициентом 4. Для систем оптической транспортной иерархии стандартизованы скорости передачи от OTU-1 (2,5/2,7 Гбит/с) до OTU-3 (40/43 Гбит/с), которые также увеличиваются от уровня к уровню с коэффициентом 4. Скорость передачи Ethernet (интерфейсы) росла с коэффициентом 10 и достигла на сегодняшний день 100 Гбит/с. Конвергенция этих технологий началась со скоростей передачи 10G. Исследования последних лет показали, что эта конвергенция развивается в направлении скоростей передачи 40G и 100G. Проходящая в настоящее время стандартизация поддерживает такую конвергенцию и закладывает перспективу для создания сетей следующих поколений.
Предложенные первоначально для центров сбора и обработки данных, а также для корпоративных компьютерных сетей системы 40GE, по всей вероятности, будут широко использоваться и на уровне транспортных сетей с внедрением непривычного для Ethernet-технологии коэффициента 4 (40GE по отношению к 10GE). На магистральном уровне сетей будет реализована скорость передачи 100GE/OTN с непривычным для транспортных сетей коэффициентом 2,5 по отношению к внедряемому сегодня уровню 40GE/OTN.
Удовлетворение поставленных сервис-провайдерами требований невозможно без освоения скоростей передачи данных в диапазоне до 100 Гбит/с и выше.
Для новых протоколов и интерфейсов 40G и 100G в настоящее время разрабатываются стандарты. Еще в июле 2006 г. рабочая группа IEEE 802.3 WG создала специальную группу High Speed Study Group (HSSG), утвердившую год спустя две MAC (Media Access Control) скорости передачи:
40GE для приложений, связанных с взаимодействием серверов (server-to-server), а также серверов и пакетных коммутаторов (server-to-switch);
100GE для приложений, связанных с взаимодействием пакетных коммутаторов (switch-to-switch), включая соединения «точка-точка» между сетевыми кластерами и т.п.
Главные усилия направлены на выбор новых технологий и решений, включая новые методы линейного кодирования, которые позволят наиболее эффективно передавать высокоскоростные цифровые потоки 40 Гбит/с и 100 Гбит/с по каналам систем WDM, работающих сегодня в основном на скоростях не выше 10 Гбит/с (из расчета на каждый оптический канал).
Для увеличения дальности передачи потоков 40 Гбит/с и 100 Гбит/с по каналам систем WDM будут использованы многоуровневые линейные коды (QAM и т.п.), улучшенные коды с исправлением ошибок (SFEC), а также методы когерентного приема вместо дифференциального детектирования сигналов. За новыми методами будущее, но на начальных этапах 100-гигабитные системы будут внедряться с определенными ограничениями по дальности передачи на WDM-системах, уже работающих на уровне 10 Гбит/с.
Транспортные решения OTN/OTH
Оптическая транспортная иерархия (Optical Transport Hierarchy, OTH), как определено в рекомендации МСЭ G.798 & G.709, предусматривает методы размещения, мультиплексирования и управления сетями, поддерживающими различные клиентские сигналы в их натуральном формате, независимо от типов используемых протоколов. В стандарте описана единая структура Optical Data Unit (ODU)/Digital wrapper, в которой можно разместить несколько существующих фреймов потоков данных, а затем объединить их с другими сигналами и далее передавать и управлять в едином стиле с единой функциональностью, аналогичной той, что принята в системах SDH.
Первая версия OTH была ориентирована преимущественно на клиентские сигналы SDH. Поэтому изначально в рекомендации G.709 были определены только 3 фиксированных типа ODU-контейнеров:
ODU 1 for CBR 2G 5 (STM -16);
ODU 2 for CBR 10G (STM -64);
ODU3 for CBR40G (STM-256).
В настоящее время структуры OTH рассматриваются с учетом передачи таких клиентских сигналов, как
Ethernet 1GE , 10GE WAN /LAN , 40GE , 100GE ;
OTH 2,5G , 10G , 40G , 100G ;
SDH 2,5G , 10G , 40G ;
FC 1G, 2G, 4G, 8G (10G).
Технология OTN является идеальным средством для создания конвергентных транспортных платформ, обеспечивающих прозрачность при передаче трафика, относящегося к любым услугам поверх оптических каналов WDM-систем, поскольку имеет собственный отдельный заголовок, похожий на заголовок в SDH и дающий возможность контролировать сеть и управлять ею. Поэтому поддерживается прозрачная совместная передача совокупности асинхронного (пакетного) и синхронного (TDM) трафика в любых сочетаниях.
Кроме того, системы OTN:
Очень эффективны при поддержке асинхронных пакетно ориентированных услуг, таких как GE, 10GE, различного уровня Fiber Channel (FC), ESCON & FICON, не имеющих собственных средств мониторинга на физическом уровне;
Позволяют обнаружить и локализовать отказы в WDM-сети, значительно повышая качество предоставляемых услуг;
Являются единственной технологией, которая может передавать широко распространенные в IP/Ethernet клиентские сигналы 10GE LAN PHY;
Обеспечивают совместную передачу синхронных и асинхронных сигналов поверх одного оптического lambda-канала системы WDM.
Следует, однако, отметить, что стандартизация OTN не закончена, в частности алгоритм размещения GE, FC и Video еще не до конца разработан, прозрачное размещение 10GE оговорено параллельно в нескольких различающихся стандартах, для группирования и коммутации сигналов со скоростями передачи ниже 2,5 Гбит/с на практике все еще используются системы SDH. Однако стандартизация продолжается, включая уровень ODU4/100GE и уровень ODUflex для сигналов со скоростями ниже, чем ODU-1 (sub-lambda-каналы).
Технология OTN имеет все шансы стать в перспективе универсальным прозрачным электрическим уровнем оптических магистральных сетей связи, расширяя хорошо отработанные в TDM/SDH методы OAM на пакетные интерфейсы типа Ethernet (включая 10GE LAN PHY), FC, ESCON, Digital Video и т.п.
Роль ROADM на фотонном уровне транспортной сети
Реконфигурируемые оптические мультиплексоры ввода/вывода ROADM упрощают процесс планирования и обслуживания сетей DWDM, обеспечивая автоматизацию (с минимальным участием обслуживающего персонала) процессов добавления, удаления или перенаправления оптических каналов. В существующих сетях эти процессы пока осуществляются вручную с затратой значительных усилий на адаптацию оборудования и переключение трафика и требуют высокой квалификации персонала. Основой ROADM стали оптические устройства нового класса, а именно селективные переключатели длин волн Wavelength Selective Switch (WSS) с одним входом (групповой сигнал) и многими выходами для групп и/или индивидуальных каналов или со многими входами для групп и/или индивидуальных каналов и одним выходом.
Следует отметить, что если в узле производится ввод, вывод или перемаршрутизация/коммутация канала на другое направление передачи, то все соединения между узлами сети, включая транзитные соединения через узел на фотонному уровне, должны выдерживать тонкий баланс между параметрами индивидуальных оптических каналов (длин волн) для достижения оптимальных параметров в системе передачи в целом. Поэтому в ROADM имеется функция динамической балансировки уровней оптической мощности различных оптических каналов.
Как только в системах WDM стали доступны транспондеры с возможностью перестройки длины волны излучения во всем C-диапазоне в соответствии с сеткой частот с шагом 100 ГГц и 50 ГГц (до 80-96 длин волн оптического излучения в C-band), в ROADM обнаружился новый ограничивающий фактор. Оптические каналы выводились на фиксированные порты ROADM, соответствующие конкретному значению длины волны оптического излучения. Поэтому, несмотря на гибкость транспондеров, избежать ручных операций для переключения канала на новые направления не удавалось.
В результате проведенных исследований для предотвращения блокирования оптического канала было предложено устройство colorless ROADM, в котором любой пользовательский порт может быть использован для организации канала с любой длиной волны оптического излучения. На следующем этапе были применены directionless ROADM, в которых к любому порту любого направления передачи может быть адресован оптический сигнал на любой длине волны. Ввод/вывод соответствующего канала по любому направлению осуществляется автоматически, без нарушения баланса в оставшихся оптических каналах, передаваемых через узел насквозь. Такая концепция в сетевых решениях Alcatel-Lucent получила название Zero Touch Photonic (ZTP) — сеть, перестраиваемая посредством системы управления, т.е. без «ручного» вмешательства персонала на узлах (рис. 1).
Наличие в узлах WDM-сети colorless & directionless T&ROADM-систем является обязательным условием реализации функциональности ASON/GMPLS на фотонном уровне сети.
Интеллектуальные транспортные решения ASON/GMPLS
Сети следующего поколения должны быть более динамичными, обеспечивать эффективное использование ресурсов и высокий уровень надежности и качества предоставления услуг по запросу. Иными словами, нужно обеспечить динамическое предоставление ресурсов сети (необходимой полосы) для доставки любых услуг в любое время любому пользователю. Именно поэтому IETF расширил сигнализационные и маршрутизирующие протоколы MPLS за пределы IP-сети, и на этой основе был разработан обобщенный протокол General MultiProtocol Label Switching (GMPLS).
Функциональность GMPLS с распределенным уровнем системы управления (Control Plane), отделенным от уровня передачи данных (Data Plaine), стала следующим этапом эволюции технологий MPLS для использования их в транспортных сетях. МСЭ-Т (ITU-T) более глубоко рассмотрел сетевые аспекты применения этой функциональности в ряде рекомендаций для Automatically Switched Optical Network (ASON). OIF завершил стандартизацию сетевых интерфейсов. Пользовательские интерфейсы UNI служат для доступа к сети ASON для запроса на предоставление услуг, контроля соединений, обеспечения QoS в соответствии со SLA, сбора сообщений об отказах и т.п. Сетевые интерфейсы NNI предназначены для связи между сетевыми элементами, сетевыми доменами и разными сетями. На этом уровне в рамках Control Plane ведутся обработка запросов на соединения, их организация и контроль, обмен в определенных объемах информацией о доступных ресурсах в сетевых элементах и соединениях, маршрутизация сервисов между сетевыми доменами и т.п.
Одно из основных достоинств интеллектуальной транспортной сети с функциональностью ASON — способность по требованию пользователей или запросу от системы централизованного управления сетью автоматически устанавливать:
Соединения внутри сети, построенной на оборудовании одного поставщика;
Сквозные соединения на сети, построенной не только на оборудовании разных поставщиков, но и с использованием разных функциональных и технологических уровней, ориентированных на установление соединений, например SONET/SDH (VC-N), WDM/OTN (OCH, ODU), T-MPLS/MPLS-TP (LSP, PW3) и т.п.
Для реализации ASON/GMPLS на фотонном уровне в узлах WDM-сети размещаются системы T&ROADM, обеспечивающие переключение оптических каналов без дополнительного O-E-O-преобразования. Если системы T&ROADM имеют коэффициент связности N до 6-10 (количество направлений, на которые можно переключить оптический канал из одного узла сети на фотонном уровне), то в этом случае отпадает необходимость сохранять свободной до 50% емкости сети для реализации защитных механизмов с полным дублированием каналов типа O-SNCP, OCP и т.п. Достаточно иметь 10-25% распределенной свободной емкости на соединениях в сети, чтобы обеспечить возможность обхода пораженных участков на основе ASON/GMPLS.
В этих же узлах могут размещаться системы автоматического переключения трактов, работающие в соответствии со стандартом OTH/OTN на электрическом уровне и обеспечивающие прозрачное переключение данных на уровне ODU и/или sub-lambda-каналов (ODUflex), включая GE, 10/100 Ethernet, Fiber Channel, FICON/ESCON, SONET/SDH и т.п. Технология ASON/GMPLS может быть реализована и на OTH/OTN-уровне сети (рис. 2).
Функциональность ASON/GMPLS на уровне SDH уже внедрена на многих сетях. Аналогичная функциональность на фотонном уровне, обеспечивающая при отказах сети автоматическое восстановление (без вмешательства в этот процесс оператора системы управления) оптических lambda-каналов, реализована в оборудовании 1626LM и начнет внедряться на сетях операторов в 2010 г. икс
Рассмотрение данной темы невозможно без четкого представления что же такое вообще протоколы и транспортные сети.
Данную статью, на мой взгляд, необходимо начать некоторых пояснений и определений.
Во-первых,протоколом называют набор правил, позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.
Во-вторых, следует дать определение транспортным сетям и кратко описать их построения в соответствии с моделями (рис.1), предложенными в рекомендациях МСЭ-Т:
Транспортная сеть OTN-OTH (Optical Transport Network — Optical Transport Hierarchy, оптическая транспортная сеть – оптическая транспортная иерархия), рекомендации G.709, G.798, G.872, G873.1;
Итак , транспортная сеть связи (backhaul) — это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления. Но существует более тривиальное определение: транспортная сеть — это сеть, основной задачей которой является осуществление транспортной функции. Транспортная функция в свою очередь заключается в доставке информации по назначению, а именно: от одного порта данной сети к другому.
Как выше было сказано, основная функция транспортных сетей заключается в передаче, т.е. транспортировке информации между пунктами. Это может быть информация телефонных абонентов, пользователей Интернет, программы телевидения, различного рода управляющая информация для контроля и технологического обслуживания сети, сигналы взаимодействия между коммутационными станциями, информации учета и стоимости услуг – тарификация, выделение сигналов синхронизации и т.д.
Дав определение, мы можем перейти к моделям реализации транспортных сетей. Рассмотрение этих моделей не ставит целью доскональное исследование материала, это всего лишь даст лучшее представление о данном виде сетей.
Транспортная сеть SDH
Модель транспортной сети SDH представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень трактов (маршрутов передачи информации); уровень каналов.(см.рис.1)
Уровень среды передачи базируется преимущественно на оптоволоконных линиях (среда передачи), в которых создаются секции регенерации цифровых линейных сигналов и секции мультиплексирования цифровых данных, которые необходимы для устранения искажений линейных импульсных сигналов и восстановления их формы и мощности.
Уровни трактов сети SDH представлены двумя плоскостями: высокого и низкого уровней (порядков). Виртуальные контейнеры высокого и низкого уровней представляют собой циклические цифровые ёмкости, предоставляемые под загрузку информационными данными с подходящими скоростями. Понятие “виртуальности” этим цифровым блокам присвоено из-за специальных данных, называемых заголовками, в которых прописывается уникальный маршрутный идентификатор для адресного переноса каждого контейнера через транспортную сеть от источника информации до получателя. Благодаря непрерывной циклической передаче виртуальных контейнеров может поддерживаться однонаправленное и двунаправленное транспортное соединение – тракт или маршрут, рассчитываемое на различную пропускную способность в интересах потребителей транспортных услуг.
Уровень каналов сети SDH обеспечивает интерфейсы для пользователей транспортной сети. Учитывая, что транспортная сеть SDH является частью первичной сети связи, на уровне каналов производится согласование с вторичными сетями (пользователями), например, с телефонными сетями через потоки цифровых данных 2.048 Мбит/с (обозначается Е1), с компьютерными сетями Ethernet на скоростях передачи 10, 100 и 1000Мбит/с через сцепки виртуальных контейнеров и протоколы согласования (LAPS — Link Access Procedure SDH, GFP — Generic Framing Procedure). Все процедуры формирования цифровых блоков SDH происходят с использованием единого высокостабильного тактового механизма – тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Создание и поддержка всех соединений в сети SDH и контроль всех функций обеспечиваются системой управления, имеющей сеть выделенных каналов связи и средства протокольного взаимодействия через эти каналы.
Транспортная сеть АТМ
Модель транспортной сети АТМ представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень асинхронного режима передачи АТМ; уровень адаптации АТМ.(см.рис.1)
Уровень среды передачи в транспортной сети АТМ может быть реализован согласно стандартам АТМ (I.432) любой системой передачи, например, системой SDH. Допускается также использование любой среды и оборудования передачи (медные провода с модемами xDSL, радиоканалы с радиочастотными модемами, атмосферные оптические каналы, волоконно-оптические системы).
Уровень АТМ разбит на подуровни виртуального канала и виртуального пути. Эти подразделения уровня АТМ обусловлены форматом представления данных, называемых ячейками и имеющими ёмкость 53 байта, которая поделена на поле заголовка (5 байт) и поле нагрузки – сегмент пользователя (48 байт). Заголовок содержит идентификаторы ячеек, принадлежащих одному соединению, виртуальному пути VPI (Virtual Path Identifier) и виртуальному каналу VCI (Virtual Circuit Identifier).
Уровень адаптации АТМ выполняет функции интерфейса между транспортной сетью АТМ с её виртуальными соединениями и пользователями транспортных услуг (вторичными сетями связи), например, телефонными сетями, сетями Internet, локальными сетями Ethernet и т.д. При этом различным видам трафика определены различные типы уровневой адаптации AAL (AAL-1, AAL-2, AAL-3/4, AAL-5, ATM Adaptation Level), предусматривающие формирование различных по структуре сегментов для пользовательской нагрузки. Пользовательская информация, поступающая непрерывным потоком данных или случайными во времени пакетами, приспосабливается к процессу формирования сегментов, т.е. происходит согласование битовой скорости, исключаются неинформативные, т.е. пустые интервалы, формируются коды исправления ошибок для приёмной стороны и т.д.
Принципиальное отличие моделей транспортных сетей SDH и АТМ состоит в следующем:
Транспортный ресурс сети SDH – тракт высокого или низкого порядка предоставляется в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) постоянно, независимо от информационного потока и с фиксированной скоростью передачи, что часто является причиной низкой эффективности использования соединения, например, в телефонии с коммутацией каналов при активности канала от 0.1 до 1.0;
— транспортные ресурсы сети АТМ – виртуальный канал или виртуальный путь, поддерживаемые коммутаторами с маршрутными таблицами каждого соединения, предоставляются в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) только при наличии потока информационной нагрузки, т.е., когда ячейки АТМ формируются и следуют через физическую среду. В противном случае среда передачи предоставляется потокам ячеек других источников благодаря статистическому мультиплексированию на уровне АТМ. Это позволяет в несколько раз повысить эффективность использования физического соединения, например, тракта SDH.
Транспортная сеть OTN-OTH
Модель транспортной сети OTN-OTH представлена двумя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень сети OTN и уровень пользователя(см.рис.1).
Уровень сети OTN состоит из трёх физически и логически связанных подуровней: среды передачи сигналов с разделением по длине волны (WDM); оптических секций ретрансляции OTS (Optical Transmission Section) и мультиплексирования OMS (Optical Multiplex Section); оптических каналов OCh (Optical Channel) с нагрузкой в виде оптических транспортных блоков OTUk (Optical Transport Unit k) с включением в них блоков данных оптических каналов ODUk (Optical Data Unit k), которые, в свою очередь, включают блоки полезной нагрузки оптических каналов OPUk (Optical Channel Payload Unit k) . Индекс k соответствует иерархической ступени OTH (k=1,2,3,4) и указывает на циклы различные по длительности и скорости передачи.
Технология WDM, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.
WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность канала (к 2003 году достигнута скорость 10,72 Тбит/с , а к 2009 — 15,5 Тбит/с ) , причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон — для передачи в прямом и обратном направлениях).
Оптические секции ретрансляции OTS организуются внутри оптической секции мультиплексирования OMS для компенсации потерь оптической мощности в стекловолокне и компенсации дисперсионных искажений.
В оптической секции мультиплексирования формируются, передаются, обслуживаются и расформировываются отдельные оптические каналы, оптические волновые модули OTM с числом каналов до 16 (называемые также оптическими транспортными модулями), группы оптических модулей. Каждый оптический модуль может иметь отдельный оптический сервисный канал, в который включаются служебные данные для каждого OCh.
Оптический канал OCh выполняет функции регенерации цифрового сигнала, т.е. восстанавливает амплитуду импульсов, их форму и устраняет накопленные фазовые дрожания. Также производится оптическая модуляция и детектирование, контроль качества передачи цифровых данных в блоках OTUk и ODUk, и т.д.
Уровень сети OTN может поддерживать полностью оптическую сеть с оптической коммутацией, маршрутизацией, конвертацией оптических волн и защитой соединений.
Уровень пользователя оптической транспортной сети OTN-OTH выполняет функции интерфейса между транспортной сетью и сетями пользователей транспортных услуг, к которым относятся сети SDH, АТМ, Ethernet и др. Для эффективного согласования между сетями применяются различные протокольные решения по размещению данных пользователей в оптических каналах.
Это протоколы: общей процедуры формирования кадра GFP; протокол защищаемого пакетного кольца или пакетного кольца с самовосстановлением RPR (Resilient Packet Ring) и др. Протоколы позволяют согласовать циклическую передачу данных в оптических каналах со случайной во времени передачей пакетов данных различной емкости от пользователей, например, пакеты IP, MPLS или Ethernet.
Если сравнить три рассмотренные модели транспортных сетей, то можно отметить, что наибольший транспортный ресурс может обеспечить только модель сети OTN-OTH. При этом она поддерживает трансляцию данных сетей SDH и АТМ. Очевидно, что модель сети OTN-OTH предназначена для глобального масштаба, т.е. магистральных сетей связи с большим объёмом трафика и для сетей связи крупных городов-мегаполисов с развитой телекоммуникационной инфраструктурой.
Транспортная сеть Ethernet
Модель транспортной сети Ethernet состоит из двух уровней: уровень среды передачи кадров Ethernet и уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet.(см.рис.1)
Уровень среды передачи Ethernet может быть реализован на базе медных проводов, волоконных световодов, радиоканалов и атмосферных оптических каналов с использованием соответствующих конверторов сигналов (приёмопередатчиков), что характерно для локальных и городских сетей связи и это наиболее экономичное решение относительно других моделей транспортных сетей. При организации связи на большие расстояния (более 100км) уровень среды передачи может быть представлен транспортными сетями SDH, АТМ и OTN
Уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet состоит из двух подуровней: управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) и управления доступом к среде передачи MAC (Medium Access Control). Эти подуровни протокольные, т.е. их функции предписаны определенными алгоритмами для процессоров, которые формируют кадры с информационными данными и служебными сообщениями. Кадры с информационными данными создаются и отправляются случайно во времени, т.е. в зависимости от потока информационной нагрузки, или в потоковом режиме, когда нагрузка поступает непрерывно. Мультиплексирование кадров, управление их потоком, коммутация их в узлах, наблюдение соединений по потоку кадров из конца в конец или по участкам сети – всё это исполняет уровень формирования кадров. Также он обеспечивает интерфейс с источниками информационных данных (вторичными сетями, например, сетями IP, MPLS и т. д.).
Транспортные сети используют различные протоколы , например, такие, как
ISCSI, internet Small Computer System Interface – протокол для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами;
PPP, Point-to-Point Protocol – протокол “точка-точка”;
HDLC, High-level Data Link Control – высокоуровневый протокол управления на уровне звена передачи данных;
IP- протокол негарантированной доставки данных;
ATM- пакетно-ориентированный режим переноса информации, использующий метод асинхронного временного разделения
Использование каждого протокола можно рассматривать с учетом разных моделей построение сетей. Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур, например, виртуальных контейнеров в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet.
Более подробное описание видов и функций стандартов транспортных сетей будет изложено в следующих выступлениях.
3. Транспортные сети и системы электросвязи. Под ред. Стеклова В.К.
Технической основой построения транспортных сетей являются телекоммуникационные системы передачи синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy – SDH). Их внедрение на сетях связи началось в 80-е годы XX в. Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается то, что они не являются «производителями» информации, а предназначены только для высокоэффективной передачи и распределения цифровых потоков, формируемых как в традиционных структурах стандартной плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH), так и в новых телекоммуникационных технологиях – ATM, B-ISDN и т.д. Все указанные выше цифровые потоки «транспортируются» в системах SDH в виде информационных структур, названных виртуальными контейнерами (Virtual Container – VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заголовками (Path Overheard – РОН). В общем случае дополнительные каналы предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Maintenance, ОАМ). Это обеспечивает высокие функциональные возможности и высокую надежность сети связи.
Группы однотипных или разнотипных виртуальных контейнеров VC передаются между элементами транспортной сети (от отправителя информации к получателю) по линиям передачи в виде информационных структур, называемых синхронными транспортными модулями Synchronous Transport Module – STM). «Транспортирование» STM осуществляется с разными скоростями передачи соответствующим различным порядком STM-1, 4, 16, 64. STM-N оснащаются соответствующими заголовками, обеспечивающими передачу STM с полной функцией ОАМ в пределах регенерационной секции (Regeneration Section OH – RSOH) и мультиплексорной секции (Multiplex Section ОН-MSOH). Упрощенная функциональная схема системы передачи SDH, которая является основным структурным звеном транспортной сети, приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Функциональная схема системы передачи SDH
На рисунке приведены два вида секций, которые называются «Регенерационная секция» и «Мультиплексорная секция».
«Регенерационная секция» представляет собой сегмент системы передачи между оконечным оборудованием сетевого элемента, в котором сигнал STM-N передается или принимается и регенератором, или между двумя смежными регенераторами.
«Мультиплексорная секция» – это средство передачи информации между двумя сетевыми элементами, в одном из которых формируется (собирается) сигнал STM-N, а в другом «разбирается» до компонентных потоков. В общем случае транспортная сеть SDH состоит из мультиплексорных секций, для которых уровень SDH-сигнала может быть разным в зависимости от требуемой емкости канала передачи для каждой секции.
«Тракт» – означает логическое соединение между точкой системы передач SDH, в которой производится «сборка» виртуального контейнера VC (например, из компонентных потоков PDH) и точкой, в которой VC «разбирается». Тракт можно представить себе как трубку, проложенную через мультиплексорные секции, непосредственно соединяющую две точки, между которыми осуществляется передача информации. Для «транспортировки» различных объемов цифровой информации разработаны виртуальные контейнеры различного типа. Для европейских потоков PDH таковыми являются:
VC низшего порядка (Low order VC, LOVC);
VC-12 для «транспортировки» Е1 = 2048 Кбит/с (2 М);
VC-22 для «транспортировки» Е2 = 8448 Кбит/с (8 М);
VC высшего порядка (High order VC, HOVC);
VC-3 для «транспортировки» ЕЗ = 34368 Кбит/с (34 М);
VC-4 для «транспортировки» Е4 = 139264 Кбит/с (140 М).
В зависимости от «емкости» виртуального контейнера различают тракты VC-12, VC-22 (низшего порядка) и тракты виртуальных контейнеров VC-3, VC-4 (высшего порядка).
Виртуальный контейнер является элементарной единицей обрабатываемой информации в транспортной системе SDH при мультиплексировании, перекрестных соединениях (кроссконнекция) и т.д. При этом нет необходимости доступа к «транспортируемой» информации, так как различная информация представлена в одном и том же виде, который именуется виртуальными контейнерами (в то же время к VC добавляется информация, необходимая для его обработки в пути следования).
Как указывалось выше, виртуальные контейнеры передаются между элементами транспортной сети в виде STM различного порядка. Основной (первичной) структурой для получения потоков STM является STM-1 с нормализованной скоростью передачи 155,52 Мбит/с. При этом, в зависимости от потребности сети, в цифровом потоке STM-1 возможна передача виртуальных контейнеров различного типа и в различных сочетаниях:
STM более высокого порядка могут быть получены из цифрового потока STM-1 простым синхронным мультиплексированием согласно рекомендации G.707 сектора телекоммуникаций Международного Союза электросвязи (МСЭ-Т):
Причем мультиплексирование, начиная с STM-4, осуществляется в оптическом диапазоне.
Информационные структуры STM-N передаются между элементами транспортной сети по линиям передачи, организованным по волоконно-оптическим кабелям связи, спутниковым линиям или по цифровым радиорелейным линиям (учитывая особенности мультиплексирования, по ЦРРЛ можно передавать в электрическом виде только цифровой поток STM-1).
Характерной особенностью транспортных систем передачи SDH, показанных на рис. 2.1, является высокая степень резервирования как линейных трактов, так и основных узлов мультиплексорного оборудования. Так, линии передачи между элементами сети обычно полностью резервируются (рис. 2.1), что позволяет избежать потерь огромных потоков информации при авариях (например, даже в первичном потоке STM-1 может передаваться трафик 1920 каналов ТЧ в режиме «транспортирования» потока 140 М).
Пример построения фрагмента транспортной сети с использованием систем передачи SDH приведен на рис. 2.2. Как видно из рисунка, транспортная сеть предназначена для передачи любых информационных сообщений в цифровом виде. По своей сути транспортная сеть – это совокупность узлов коммутации, пунктов ввода отдельных цифровых потоков, линий передачи с регенераторами и мультиплексорами. Во всех узлах транспортной сети возможно переключение трактов для вывода и ввода информационных потоков. Кроме того, в узлах сети тракты могут переключаться в случае повреждений на линии передачи или в оборудовании.
Рис. 2.2. Фрагмент транспортной сети с использованием систем передачи SDH
Сможет ли оператор запустить новые услуги в действующей транспортной сети, справится ли она с передачей высокоскоростного трафика мультимедийных данных?
Проблемы, волнующие операторов
С переходом к технологии UMTS полоса пропускания прямого и обратного каналов передачи трафика значительно увеличивается.
Очевидны и изменения структуры передаваемого трафика. До сих пор в мобильных сетях превалирует голосовой трафик, но при переходе к 3G роль услуг передачи данных возрастет, и существенно увеличится их вклад в общий объем трафика. В определенный момент IP-трафик станет преобладающим, особенно с учетом всеобщей миграции голоса от канальной к пакетной коммутации.
Мгновенные отказ от традиционных технологий и переход к IP невозможны, а потому транспортная среда оператора мобильной связи должна обеспечивать постепенную миграцию. Возможность передачи трафика по традиционным протоколам (TDM, ATM и FR) через IP-сеть с помощью технологии PWE3 (Pseudo Wire Emulation End-to-End) делает IP-среду универсальной с точки зрения поддержки услуг второго и третьего поколений.
В общем случае в транспортной сети мобильного оператора можно выделить два основных сегмента: магистральная транспортная сеть и сеть радиодоступа (RAN). Принципы построения магистральной сети мобильного оператора имеют свои особенности, но в целом совпадают с принципами построения других магистральных сетей.
Ситуация с развитием транспортных сетей RAN — иная. В сетях второго поколения для подключения базовых станций и контроллеров операторы используют мобильные низкоскоростные TDM-каналы. Изначально они были вынуждены арендовать большинство каналов у операторов фиксированной и дальней связи, но сейчас ситуация улучшается. Многие сотовые компании имеют собственную оптическую инфраструктуру SDH/PDH, радиорелейное оборудование и сокращают количество арендуемых каналов. Как следствие, уменьшаются операционные расходы на содержание сети. При этом мало кто из операторов думает о технологии IP как о возможном пути решения проблем, связанных с расширением транспортной сети RAN, но именно построение IP-RAN позволяет решить многие проблемы модернизации уровня доступа.
Как уже отмечалось, новые услуги требуют расширения полосы пропускания. Если ранее емкости выделенного канала 2 Мбит/c (E1) было достаточно для передачи трафика от базовой станции к контроллеру, то БС 3G требуют уже четырех каналов E1. В ближайшем будущем базовым станциям понадобится полоса пропускания 14,4 Мбит/c, и это — не предел. Для подключения одной БС потребуется целый «пучок» каналов E1, что неудобно и имеет ряд ограничений.
Использование IP в качестве транспортной среды позволяет без труда получить полосу пропускания 100 или 1 тыс. Мбит/с, что многократно превышает емкость каналов E1.
Типовые сценарии построения IP-RAN
В зависимости от типов используемого оборудования и характеристик транспортных сетей варианты построения IP-RAN различаются. Мы последовательно рассмотрим разные сценарии.
Первый сценарий типичен для всех операторов второго поколения, планирующих переход к 3G: это передача трафика БС 2G по каналам Ethernet. Традиционно базовые станции мобильного оператора второго поколения подключаются к контроллерам через каналы TDM, по которым передаются как голосовые пакеты, так и сигнальный трафик, а также не менее важный синхросигнал для согласования работы всех БС и контроллеров. Преимущество TDM перед Ethernet в сетях мобильной связи состояло в том, что последние не могли синхронизировать работу оборудования. Однако с развитием IP-технологий проблема была решена. Сейчас доступны несколько технологий, позволяющих решить проблему передачи синхросигнала через IP-сеть, например технологии адаптивного восстановления синхросигнала, синхронный Ethernet и др. Следовательно, рассматриваемый сценарий создания сети IP-RAN можно полностью реализовать на базе Ethernet.
Второй сценарий тоже характерен для сетей второго поколения, где большую часть трафика составляет голосовая информация. При разговоре двух человек один из них, как правило, говорит, а второй слушает, поэтому при использовании TDM-технологий каналы минимум наполовину загружаются неинформативным трафиком, то есть тишиной. Все неинформативные пакеты могут быть выявлены на устройствах доступа в IP-сеть и отброшены за ненадобностью. Перед отправкой в сеть информативные пакеты можно оптимизировать на устройстве доступа по принципу, схожему с архивацией файлов. Все это позволяет существенно сократить объемы трафика, передаваемого от базовой станции, и потребность в полосе пропускания, уменьшить объемы передаваемой информации и операционные расходы на содержание транспортной сети.
Третий сценарий характерен при наличии базовых станций с поддержкой технологии ATM. В этом случае устройства доступа должны поддерживать стандарт ATM IMA для подключения базовых станций и технологию PWE3 для организации виртуальных ATM-каналов через IP-сеть. По способам организации виртуальных каналов и передаче синхросигнала третий сценарий аналогичен первому.
Четвертый сценарий типичен для европейских мобильных операторов, которые раньше опирались на хорошо развитые транспортные сети ATM и не могли одномоментно отказаться от их дальнейшего использования. В европейских сетях 3G наблюдается разделение трафика по разным средам передачи. Так, голосовой трафик и синхросигнал по традиции передаются через ATM-сеть, гарантирующую высокое качество обслуживания. А дополнительный трафик услуг, не критичных к качеству обслуживания, пересылается по новой транспортной IP-инфраструктуре. Это вовсе не означает, что европейские компании не доверяют IP-технологиям передачу ключевого трафика, а лишь свидетельствует о том, что они пытаются максимально разгрузить сеть при минимуме дополнительных вложений. В качестве IP-каналов доступа могут использоваться каналы Ethernet, а также медные DSL-линии, что позволяет существенно сократить расходы на построение IP-RAN.
Пятый сценарий применяется при развертывании БС нового поколения на базе IP. Такие базовые станции могут использовать объединенный групповой канал, состоящий из нескольких потоков E1. В этом случае при подключении нескольких БС через радиорелейные или проводные каналы к одному устройству доступа рациональным решением является терминация сессий Multilink PPP на устройстве доступа и агрегация IP-трафика в единый поток. Определение трафика от каждой базовой станции выполняется в соответствии с ее IP-адресом.
Последний, шестой, сценарий продиктован переходом операторов на сети третьего поколения. Этот процесс не будет мгновенным, а динамика спроса на новые услуги с трудом поддается прогнозированию. Операторы продолжают получать высокие доходы от сетей 2G и не собираются их сворачивать, поэтому на одной площадке не исключена работа БС второго и третьего поколений. В данном случае устройство доступа должно принимать от базовых станций трафик разных типов (IP, TDM, ATM) и обеспечивать его передачу по виртуальным IP-каналам. Синхросигнал также передается через IP-сеть.
Большинство сложностей построения RAN на базе IP вызвано необходимостью в «подгонке» возможностей пакетной технологии под требования мобильного оборудования, изначально работавшего с протоколами TDM и ATM. Однако новые технологии IP, такие как PWE3 или передача синхросигнала по IP-каналам, позволяют операторам строить универсальные мультисервисные транспортные сети для предоставления услуг 2G и 3G, развития дополнительных сервисов.
Отметим, что компания Huawei первая предложила рынку базовые станции, подключаемые к сети IP, с поддержкой технологий Ethernet и TDM-over-IP. При этом заказчикам предоставляются не отдельные сетевые элементы, а комплексные решения IP-RAN. Не ограничиваясь новыми базовыми станциями, Huawei выпустила целую линейку оборудования серии CX с поддержкой технологий передачи трафика TDM, ATM, IP поверх MPLS и реализовала передачу синхросигнала через IP. Высокая плотность портов E1, IMA E1, FE позволяет подключать к одному устройству CX базовые станции второго и третьего поколения. Для повышения надежности решения IP-RAN на уровне доступа реализованы технологии надежных кольцевых структур RPR и RRPP. В том случае, когда построение колец доступа невозможно, устройства CX обеспечивают построение сети древовидной топологии на основе протоколов STP и RSTP.
Алексей Гордиенко ([email protected]) — менеджер по оборудованию передачи данных компании Huawei
MBH (mobile backhaul)
Mobile Backhaul (MBH) is the process of method involved with associating cell site air interfaces to wireline networks. There are various specialized arrangements utilized by Mobile administrators for backhaul, incorporating both wireline and wireless arrangements. Copper-based backhaul was the essential backhaul innovation for 2G/3G. Satellite Backhaul is a solution for MNOs and utilized in fringe regions. WiFi backhaul is utilized marginally (<1%) for macrocell backhaul in some emerging markets.
Транспортные сети (Backhaul) для сетей широкополосной мобильной связи
При переходе к высокоскоростным сетям HSPA+ и 4G/LTE распределительные транспортные сети (Mobile Backhaul) зачастую становятся «слабым звеном» сетевой инфраструктуры. По этой причине операторы активно модернизируют свой «транспорт», готовясь к резкому возрастанию объемов трафика данных. J’son & Partners Consulting представляет краткие результаты исследования основных тенденций и перспектив развития транспортных сетей Backhaul в России и в мире.
Определение сетей Mobile Backhaul
Классическая транспортная сеть оператора мобильной связи состоит из двух основных сегментов:
— распределительной сети (backhaul), связывающей базовые станции с контроллерами и центрами коммутации подвижной связи (Mobile Switching Center, MSC);
— магистральной сети (backbone), обеспечивающей высокоскоростной транспорт между центрами коммутации.
В иерархии телекоммуникационных сетей сети backhaul занимают позицию промежуточного звена («средней мили») между базовой сетью (Core Network) и малыми подсетями на «краю» всей сети.
о мере совершенствования технологий радиодоступа (от сетей второго и третьего поколения – к четвертому) узкие в отношении пропускной способности участки сетей смещаются в направлении от радиоинтерфейса в сторону транспортной распределительной сети. Быстрый рост трафика мобильного ШПД при переходе к новым высокоскоростным сетям HSPA+ и LTE является одним из главных побудительных мотивов для операторов для увеличения инвестиций в сети Mobile Backhaul. Так, по оценке «МегаФона», к концу 2012 г. около 100 тыс. абонентов 4G оператора (всего 0,5% от количества пользователей мобильного интернета) генерировали 5% всего трафика передачи данных в России.
Очевидно, что LTE-абоненты потребляют существенно больше трафика по сравнению с абонентами 2G/3G. Например, в мае 2013 г. абоненты 4G в Иркутской области скачивали в среднем 4 ГБ данных в неделю, в то время как абоненты 2G – 52 МБ, а 3G – 387 МБ.
По оценке J’son & Partners Consulting, в 2012 г. суммарный российский трафик мобильной передачи данных увеличился на 123% и составил 550 ПБ . По прогнозам, этот показатель за период с 2011 г. по 2016 г. увеличится в 12,8 раз – до 3 160 ПБ.
Объем и технологическая структура рынка
По оценке Infonetics Research, за счет активного развертывания сетей HSPA/HSPA+ и LTE мировой рынок Mobile Backhaul для макросот превысил в 2012 г. показатель 8 млрд. долл., что на 7% больше показателя 2011 г. Для сравнения: в 2008 г. аналитики оценивали это рынок примерно в 5 млрд. долл.
По оценке Infonetics, самым емким сегментом мирового рынка Mobile Backhaul в 2012 г. стал сегмент микроволнового оборудования. При этом следует учитывать региональную специфику. Например, в США доля радиорелейных линий (РРЛ) занимает незначительную долю (около 10%) и по прогнозам этот показатель до 2016 г. увеличится очень незначительно. При этом резко сократится доля медных линий, прежде всего, за счет перехода на ВОЛС, которые являются наиболее предпочтительными для подключения базовых станций 4G.
Основным технологическим трендом при доминировании трафика данных над голосовым трафиком является переход от технологий с коммутацией каналов (TDM) к технологиям с коммутацией пакетов (Carrier Ethernet, IP/MPLS).
В России операторы «большой тройки» и «Ростелеком», строящие сети 4G, также отдают предпочтение оптике и активно подключают базовые станции по IP.
Российский рынок Mobile Backhaul
В условиях быстрого роста трафика мобильной передачи данных и развития сетей 4G/LTE, работая над улучшением качества связи, крупнейшие российские операторы активно продолжают модернизировать свои распределительные транспортные сети. В частности, «ВымпелКом» заменяет РРЛ на ВОЛС в тех местах, где это возможно, а там где нет такой возможности, на смену устаревшим радиорелейным линиям приходят современные высокоскоростные РРЛ. Кроме того, вместе с модернизацией оборудования меняется и сама технология предоставления каналов связи до базовых станций — происходит переход от традиционных TDM-каналов к выделенным Ethernet-каналам, что позволяет более эффективно использовать полосу пропускания транспортной сети и обеспечивает возможность дальнейшего развития сети (например, внедрение технологий HSPA+ и LTE).
К концу 2 квартала 2013 г. 63% базовых станций 3G «ВымпелКома» было подключено по высокоскоростным оптическим и радиорелейным каналам; планируемый показатель к концу 2013 г. – 80-90%. У МТС 90% сайтов было подключено по IP-каналу к концу 2012 г., у «МегаФона» — 57% городских и 12% остальных базовых станций было подключено по оптике. Протяженность оптоволоконной сети Backhaul оператора в конце 3 квартала 2012 г. составила более 27 тыс. км. «Ростелеком» строит все свои 3G-сети по модели LTE-Ready, которая в дальнейшем при минимальных доработках позволит развернуть полноценный 4G, а также отдает предпочтение оптоволоконным каналам. Большинство базовых станций Tele2 Россия подключено по радиорелейным линиям, в то же время, закупаемое последнее время современное радиорелейное оборудование позволяет осуществить плавный переход от TDM-каналов к IP-каналам.
Основные показатели развития сети Mobile Backhaul крупнейших российских операторов мобильной связи
ВымпелКом.К концу 2012 г. количество базовых станций, подключенных по высокоскоростным IP-
каналам (оптоволоконные и радиорелейные линии), увеличилось с 11% до 48%. Протяженность местной опорной сети составила более 43 тыс. км. К концу 2 квартала 2013 г. 63% базовых станций 3G «ВымпелКома» было подключено по высокоскоростным каналам; планируемый показатель к концу 2013 г. – 80-90%.
МегаФон. К концу 2012 г. 57% городских и 12% остальных базовых станций были подключены через оптоволоконные каналы. Протяженность оптоволоконной сети Backhaul составила более 27 тыс. км (данные на 3Q2012 г.). Ежегодные инвестиции «МегаФона» в Backhaul на основе ВОЛС в 2010-2012 гг. составили, в среднем, около 3 млрд. руб. в год
МТС.90% базовых станций 3G подключено к IP-каналам. В Москве для подключения базовых станций используется транспортная инфраструктура, которая строится в рамках проекта по внедрению технологии GPON.
Tele 2.Стратегия Tele 2 в России предполагает преимущественное развитие сетей backhaul на основе РРЛ, оборудование которых поддерживает высокоскоростные IP-технологии. По состоянию на конец 2011 г. радиорелейной связью к сети было подключено около 90% базовых станций. В то же время оператор работает над развитием оптической сети внутри регионов присутствия оператора с целью сокращения числа РРЛ-сегментов между любой БС и «оптикой» до 3-5.
Ростелеком.Акцент на преимущественное использование оптоволоконных каналов для подключения базовых станций HSPA+ и технологию LTE-Ready
Источник: J’son & Partners Consulting
По оценке J’son & Partners Consulting, в 2012 г. российские операторы увеличили инвестиции в распределительные транспортные сети на 9% до 5,3 млрд. руб., что составляет около 2% мирового рынка оборудования Mobile Backhaul для макросот. В ближайшие годы российские операторы продолжат инвестировать в Backhaul, и к концу 2015 г. ежегодные затраты составят около 7 млрд. руб. Среднегодовой темп роста инвестиций в Mobile Backhaul между 2012 и 2015 гг., составит от 7% до 10%.
Как следует из оценок и прогнозов Infonetics Research, в 2012-2017 гг. мировой рынок Mobile Backhaul для макросот будет расти с совокупным среднегодовым темпом роста (CAGR), равным 2,4%, и к концу прогнозного периода превысит 9 млрд. долл.
При этом, несмотря на рост популярности ВОЛС, микроволновое оборудование – самая большая статья расходов операторов на распределительные транспортные сети в 2012 г., — продолжит доминировать. По прогнозам Infonetics, к 2017 г. на микроволновое оборудование придется 56% доходов рынка Mobile Backhaul для макросот. Благодаря активному развертыванию сетей LTE будет быстро расти и рынок оборудования миллиметровых волн – как в сегменте макро-, так и малых сот. Как ожидается, он удвоится в 2013 г. по сравнению с 2012 г., а к 2017 г. приблизится к отметке $600 млн.
В общем объеме рынка Mobile Backhaul будет расти доля оборудования Mobile Backhaul для малых сот, развертываемых вне помещений (outdoor) – за ближайшие 5 лет суммарный объем продаж такого оборудования составит около 5 млрд. долл.
Рынок оптоволоконных решений для транспортных сетей малых сот также ожидает рост с 2012 по 2017 г. Их доля, по прогнозам, увеличится с 7% в 2012 г. до 24% в 2017 г., прежде всего, за счет таких крупнейших рынков как Китай и Северная Америка, где выбор делается в пользу волокна во многих случаях.
При этом, по прогнозам Strategy Analytics, сделанным для Tellabs (крупного вендора сетевой инфраструктуры) к 2017 г. во всем мире операторы недоинвестируют в сети Backhaul 9,2 млрд. долл., а дефицит сетевой емкости Backhaul составит 16 ПБ. При этом наиболее остро эта проблема возникнет в Азиатско-Тихоокеанском регионе (АТР), где дефицит емкости к концу прогнозного периода составит 9,4 ПБ, а дефицит инвестиций — 5,3 млрд. долл.