Вопрос о применении того или иного вида связи или их комбинации в сетевой инфраструктуре диктуется конкретными географическими условиями, а также экономическими, социальными и политическими факторами, нуждами обороны и безопасности страны. Технические средства связи и методы их применения должны быть увязаны в единую систему. Этим обусловливается возрастающее внимание к решению вопросов связи и необходимость дальнейшего развития технических средств и методов эффективного применения всех видов связи, в том числе и радиорелейной.
Современное состояние телекоммуникационных сетей можно определить термином «движение к совершенству». Вряд ли можно предугадать, как они будут выглядеть в будущем, сколько поколений сетей и технологий предстоит еще пройти. Однако уже сегодня видны первые наработки: мощные сети передач и коммутации пакетов, высокоскоростные линии доступа, оптические телекоммуникационные технологии и т. д., которые и определяют следующие поколения телекоммуникационных сетей.
Сети связи для предоставления услуг телефонии появились в начале XX века и за последующее время претерпели ряд изменений с точки зрения емкости, скорости обмена, используемых технологий и функций узлов коммутации. В настоящее время принято выделять три основных этапа развития телефонных сетей общего пользования, оборудование которых продолжает активно использоваться.
Сети первого поколения - это традиционные телефонные сети, или POTS (Plain Old Telephone Service), которые включают в себя совокупность технологических и структурно-сетевых решений, использовавшихся для построения сетей до появления концепции цифровых сетей с интеграцией служб (IntegratedServiceDigitalNetwork - ISDN). К POTS относят сети, использующие аналоговые системы передачи и узлы коммутации декадно-шаговых, координатных, квазиэлектронных и ранних версий цифровых систем коммутации.
С появлением цифровых систем передачи с середины 1980-х годов начала развиваться сетевая концепция ISDN. Несмотря на то, что при этом первоначально предполагалось создание интегральной сети, позволяющей предоставлять в рамках единой сетевой структуры различные виды услуг связи, основным приложением осталась услуга телефонии. Сети ISDN предусматривали использование цифровых систем передачи и цифровых узлов коммутации. При этом, для организации взаимодействия аппаратуры узлов коммутации между собой и с подключаемым терминальным оборудованием были разработаны достаточно мощные системы сигнализации, позволяющие передавать не только сигнальную информацию, связанную с установлением базового вызова, но и сведения, относящиеся к состоянию элементов сети связи, маршрутизации вызовов, согласованию параметров передачи и т. д. В связи с тем, что к моменту появления решений на основе концепции ISDN уже были созданы достаточно мощные сетевые структуры в рамках POTS, вновь внедряемое оборудование должно было обеспечить взаимодействие с существующими сетевыми фрагментами без снижения качества их работы и сокращения функциональных возможностей по предоставлению услуг доступа. До последнего времени существующая сетевая структура для предоставления услуг телефонии включает в свой состав сетевые фрагменты как на основе решений POTS, так и на основе ISDN. При этом наблюдается тенденция постепенного замещения морально устаревающего телекоммуникационного оборудования первого поколения.
В конце 90-х годов с появлением Интернета основными пользователями стали физические лица, что привело к увеличению разветвленности и повышению емкости сети. В результате возникла потребность в сетевой структуре, не уступающей по своим масштабным характеристикам телефонной сети общего пользования (ТфОП). Однако использование двух параллельных сетевых структур по экономическим и эксплуатационным показателям было не эффективным. Это потребовало разработки технологических решений, обеспечивающих передачу различных видов информации и предоставления различных видов услуг связи в рамках единой сетевой структуры. В основе такого решения должен был лежать единый метод передачи информации на основе коммутации пакетов. Формирование этого метода привело к появлению сетей третьего поколения - сетей NGN (Next Generation Network).
Первое из этих решений - идея гибкого программного коммутатора (softswitch) как средства централизованного управления VoIP-сетью, то есть набором Уо1Р-шлюзов. В каком-то смысле появление концепции softswitch было реакцией «телефонного» сообществ на развитие IP-технологий. Заменив телефонные коммутаторы на шлюзы (media gateways), и установив softswitch в качестве центрального управляющего элемента, задающего логику маршрутизации вызовов между шлюзами, получили что-то похожее на телефонную сеть. Таким образом, softswitch «отвечает» за работу сети в целом (реализация общих для всей сети правил, обеспечение интеллектуальной динамической маршрутизации, централизованные номерные планы, взаимодействие с сетью сигнализации ОКС 7).
Обобщенная концепция такого построения сети получила название сети связи следующего поколения (Next Generation Network, NGN). NGN – это гетерогенная мультисервисная сеть, основанная на пакетной коммутации, и обеспечивающая предоставление практически неограниченного спектра телекоммуникационных услуг. При этом предполагалось, что NGN в качестве технических средств будет использовать аппаратно-программные средства, ориентированные на стек протоколов TCP/IP.
Следует отметить, что понятие «сеть NGN», как и более раннее «сеть ISDN», является технологическим, то есть определяет вид сетей связи по принципу используемой технологии, а не по принципу предоставления услуг. Это означает, что ТфОП остается сетью, предназначенной для предоставления услуг телефонии независимо от того, какой технологический базис используется для ее построения. Такая сеть должна поддерживать передачу разнородного трафика с различными требованиями к качеству обслуживания и обеспечивать соответствующие запросы оператора и абонентов.
Таким образом, идеология NGN представляет собой передачу любой информации в единой форме представления - IP-пакете. Традиционные сети не могут поддерживать обмен трафиком в формате IP. Этот факт подразумевает необходимость реконструкции всей архитектуры сети: транспортной инфраструктуры, уровня доступа и сетевой иерархии.
Транспортный уровень
В большинстве российских регионов транспортная сеть имеет ряд особенностей, существенных с точки зрения перевода их на IP-технологии. Важнейшими из них считаются использование устаревших линий передачи, чрезмерная удаленность и труднодоступность некоторых населенных пунктов. От технологий, используемых на уровне NGN, во много зависит качество работы всей сети и количество предоставляемых сервисов. В качестве транспорта могут быть использованы ATM, MPLS, Ethernet и другие сети.
Технология ATM более адаптирована к применению NGN, прежде всего благодаря наличию встроенных механизмов обеспечения заданного качества сервиса, возможности адаптации к разнородному трафику данных, гибкого перераспределения полосы пропускания между различными сервисами. Эта достаточно дорогая технология применяется, прежде всего, в больших сетях, что обусловлено ее надежностью и гибкостью. В качестве транспортной среды передачи технология ATM часто использует SDH. Такое сочетание позволяет добиться высочайшей надежности и управляемости транспортной сети.
Сети IP, основанные на Ethernet-коммутаторах и маршрутизаторах, это наиболее дешевое решение, а потому достаточно часто встречающееся в небольших сегментах NGN. Такие сети просты в проектировании и эксплуатации, легко наращиваются и модернизируются, однако, они имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение в качестве транспортной среды для NGN. Основной из них - недостаточная адаптированность к пропуску разнородного трафика, особенно потоков данных, используемых наиболее востребованными приложениями (VoIP,Video IP). При использовании IP-сетей очень сложно обеспечить требуемое качество работы таких приложений. Единственный выход - это увеличение пропускной способности магистралей, что не всегда приводит к положительному результату.
Развитие технологии Ethernet привело к появлению нового транспорта - PoS (PocketoverSDH/SONET), или NewGenSDH (NGSDH). По сути, это симбиоз двух хорошо знакомых технологий Ethernet и SDH/SONET. Такая технология имеет преимущества системы передачи SDH, характеризующейся высочайшей надежностью и управляемостью сети IP, позволяющей предоставлять все необходимые услуги передачи пакетного трафика, включая такие приложения как VPN, VoIP и др.
Другое направление развития IP-сетей - это использование оптических кабелей в качестве среды передачи непосредственно. Наращивание скорости передачи до 1 или 10 Гбит/с подразумевает использование оптических технологий и создание так называемого Optical Ethernet. В городах строительство транспортных оптических сетей оправдывается наличием потребительского спроса на широкополосные услуги и территориальной концентрацией абонентов. Возможность построения подобной транспортной сети в сельской местности на сегодняшний день довольно призрачна. Однако даже с учетом огромной полосы пропускания каналов такая IP-сеть методологически несет в себе все недостатки «младших» Ethernet. Дальнейшее совершенствование IP-сетей привело к созданию MPLS.
Технология MPLS изначально задумывалась как средство снижения нагрузки на маршрутизаторы и адаптации IP-сетей к разнородному трафику данных. Она давала путь сопряжения сетей IP и ATM и закономерно стала одной из технологий транспортного уровня NGN. Это произошло, прежде всего, благодаря реализованным на ее основе приложениям: управление трафиком, таким как ТЕ (Traffic Engineering), виртуальные частные сети (VPN), быстрое восстановление соединений - FRR (Fast Re-Route), обеспечение качества обслуживания. Технология MPLS заключается в том, что устройства опорной сети передают пакеты только с использованием меток и не анализируют заголовки IP-пакетов. В точке выхода метки удаляются, пакеты передаются в пункт назначения. Таким образом, на основе метки осуществляется ускоренная коммутация пакетов в узлах сети, дифференцируется трафик и поддерживается сквозное качество услуг IP-сети. Технология MPLS позволяет строить множество виртуальных частных IP-сетей с собственной (изолированной) системой IP-адресации на базе единой транспортной сети и, таким образом, может служить основой для построения масштабируемых мультисервисных сетей. Сегодня большинство производителей оборудования NGN, так или иначе, декларируют поддержку технологии MPLS.