Планирование сети доступа NGN для новых групп пользователей

Основное назначение магистральной сети доступа NGN – пропуск IP-пакетов. Она должна быть построена на базе следующих принципов:

- должна быть основана на технологии коммутации IP-пакетов;

- должна быть построена таким образом, чтобы обеспечивать бесперебойную работу даже в случае обрыва линий связи, т.е. с поддержкой самовосстановления в случае сбоев. В качестве базового принципа резервирования предлагается использование архитектуры типа «кольцо». После возникновения аварии трафик переводится на другой маршрут. Резервный канал должен быть физически и/или географически разделен с основным;

- должна поддерживать технологию многоадресной рассылки;

- должна поддерживать виртуальные локальные сети (VLAN);

- кроме непосредственно трафика IP, должна иметь возможность пропуска трафика для других видов связи: данных, видео и др. При этом требуется логическое разделение ресурсов сети между различными сервисами.

В качестве среды передачи может  использоваться ВОЛС, радио-канал, транспортная сеть с передачей трактов Е1. Выбор  конкретной среды зависит от требуемой  пропускной способности, а также  от наличия существующих линий связи.

2. Сеть доступа в помещении пользователя

Для модернизации сетей доступа  разработано множество новых  технологий, но по очевидным экономическим  соображениям операторы ТФОП не спешат с заменой двухпроводных физических цепей. Новые технологии доступа можно классифицировать различными способами. Один из таких способов - деление технологий на две группы. Первая группа включает технологии, которые используют (полностью или частично) двухпроводные физические цепи. Технологии второй группы такой возможности не предусматривают. Предлагаемая классификация приведена на рисунке 3.5.

 

Рисунок 3.1. Классификация технологий

Технологии, образующие первую группу, интересны, по крайней мере, с двух точек зрения. Во-первых, они обеспечивают поддержку ряда новых инфокоммуникационных услуг. Во-вторых, эти технологии позволяют снизить затраты на модернизацию сети доступа, даже если платежеспособный спрос на новые услуги отсутствует.

Вопросы практического использования технологий, входящих в семейство xDSL, активно обсуждаются в российской и зарубежной технической литературе, а также на Интернет-сайтах. В настоящее время более популярны асимметричные цифровые тракты, создаваемые оборудованием ADSL, что объясняется основной областью применения рассматриваемого семейства технологий: доступ в Интернет. Ожидается, что в перспективе будут более активно использоваться симметричные тракты, создаваемые, в частности, оборудованием SHDSL. Типичный пример их применения - объединение разнесенных офисов одной компании в единую сеть.

Технологии FTTx подразумевают доведение  кабеля с оптическим волокном до некоторой  точки "х", после которой информация передается с использованием иной среды  распространения сигналов. Для первой группы технологий интересны те решения FTTx, для которых после точки "х" используется физическая двухпроводная цепь. Такой способ построения сети доступа может оказаться экономически выгодным, если в точке "х" устанавливается выносной концентратор цифровой коммутационной станции. Если некоторым пользователям необходим широкополосный доступ, то такая возможность может обеспечиваться сочетанием технологий FTTx и xDSL.

В некоторых случаях (чаще всего  в сельской местности) применяются  технологии беспроводных абонентских линий (WLL) в сочетании с физическими цепями. Существует несколько разновидностей технологий WLL, которые различаются способом разделения каналов (частотный, временной и кодовый), а также иными характеристиками.

Технологии, входящие во вторую группу, в свою очередь, делятся на два вида: проводные (wireline) и беспроводные (wireless). Для технологий первого вида  приведены четыре примера:

• подмножество FTTx, которое предназначено для доведения оптического волокна до сети, расположенной в помещении пользователя;
• комбинированная среда "волокно-коаксиал", известная по аббревиатуре HFC (способ, который был разработан и апробирован операторами кабельного телевидения);
• пассивная оптическая сеть PON, обеспечивающая широкополосные услуги для нескольких групп потенциальных клиентов;
• технология PLC, которая использует линии электропитания в качестве среды передачи сигналов через сеть доступа.

Технологии второго вида также  представлены четырьмя примерами. Три  последних примера образуют общее подмножество технологий BWA, которое ориентировано на поддержку широкополосных услуг. Оборудование, использующее конфигурацию связи "Point to Point", применяется для организации тракта между двумя приемопередатчиками. Первое поколение оборудования "Point to Point" предназначалось для включения телефонного аппарата в абонентский комплект коммутационной станции. Среди специалистов такое оборудование получило название "радиоудлинитель". Конфигурация "Point to Multipoint" обеспечивает подключение терминалов или выносных модулей, расположенных в зоне обслуживания соответствующей базовой станции. Первые системы "Point to Multipoint" были предназначены исключительно для телефонной связи. Широкополосные услуги ими не поддерживались. В настоящее время в большинстве систем, использующих конфигурацию "Point to Multipoint", предусмотрена поддержка широкополосных услуг. Характерным примером такого решения считается оборудование, соответствующее семейству стандартов IEEE802.16. Оно более известно по аббревиатуре WiMАХ.

Следующий пример технологий беспроводного широкополосного доступа - системы лазерной связи, более известные по аббревиатуре FSO. Удачно отражает смысл этой технологии название "Fiber Optics Without Fiber" - оптическое волокно без волокна. Для передачи сигналов используется лазер, луч которого распространяется в открытом пространстве. Завершает перечень примеров беспроводного доступа технология LMDS (LMCS). Эта технология изначально была предназначена для подачи телевизионных программ. Из поддерживаемых услуг следует выделить "видео по заказу", которая в последние годы становится все популярнее. Функциональные возможности технологии LMDS позволяют обеспечить все виды связи, среди которых важная роль отводится высокоскоростному доступу в Интернет.

3. Выводы по главе 3

1. Сеть доступа – это элемент NGN, функционирование которого критично для пользователя.
2. Целесообразно проводить декомпозицию сети доступа на магистральную и распределительную сети.
3. Основными характеристиками сетей доступа являются топология и применяемые технологии. Данные критерии зачастую взаимно однозначно связаны.

 

4. Построение сети доступа для новых групп пользователей.

Очевидно, что требования поддержки  широкополосных услуг, мобильности  и ряд других подразумевают достаточно высокие тарифы на инфокоммуникационные услуги. Оплачивать такие услуги готовы не все пользователи. Для операторов и поставщиков услуг интересен анализ потенциальной клиентской базы, который позволяет выделить характерные группы с идентичным уровнем платежеспособного спроса.

Всех потенциальных клиентов оператора по уровню приносимого дохода можно условно разделить на пять групп.

Рисунок 4.1. Классификация потенциальных клиентов оператора.

Наиболее многочисленная группа абонентов  приносит минимальный уровень дохода, однако отказаться от её обслуживания оператор не может из-за социальной значимости предоставления услуг этим абонентам.

В структуре пользователей можно  выделить незначительное число абонентов, готовых использовать максимальное количество предоставляемых услуг. Удельная доля дохода этих абонентов самая высокая. Как правило, среди операторов ведётся борьба именно за эту часть пользователей. Скорее всего, это корпоративные пользователи, потребляющие весь спектр услуг «Triple Play». Несомненно, для организации обслуживания данного сектора придётся организовать широкополосный доступ. По оценкам аналитической группы J’son & Partners, на сегодняшний день использование широкополосного доступа в офисе наблюдается почти в 85% случаев.

Рисунок 4.2. Структура пользователей российского интернета.

1. Расчёт производительности узла доступа

Расчёт производительности узла доступа  для новых групп пользователей  необходимо проводить с учётом «старых» групп, использующих из всего спектра предоставляемых услуг только телефонию. Кроме того, необходимо учесть ту часть пользователей, которая, кроме телефонной связи, пользуется услугами передачи данных. Количество таких абонентов в процентном соотношении значительно меньше количества «традиционных» пользователей, однако больше числа «продвинутых» абонентов, заказывающих услуги видеоконференций, VoD и т.п.

 

Рисунок 4.3. Состав абонентов сети доступа.

Доля абонентов группы 1 составляет  p₁ » 80%. Это традиционные абоненты, совершающие в среднем f₁ = 5 вызовов в час средней длительностью t₁ = 2 минуты.

Доля абонентов группы 2, использующих голосовые сервисы и сервисы передачи данных, составляет p₂ » 15%. Нагрузка, создаваемая этими абонентами, складывается из двух составляющих: телефония и интернет. Параметры телефонной нагрузки совпадают с аналогичными параметрами для группы 1, f₂ = f₁ = 5 вызовов в час, t₂ = t₁ = 2 минуты. Объём переданных данных в час наибольшей нагрузки ограничивается 10 Мбайт.

Доля абонентов группы 3, приносящих наибольших удельный доход, составляет p₃ » 5%. Структура трафика для этих пользователей складывается следующим образом: телефония, интернет, видео. Параметры трафика телефонии совпадают с аналогичными параметрами для группы 2, т.е. f₃ =  f₂ = f₁ = 5 вызовов в час, t₃ = t₂ = t₁ = 2 минуты. При расчёте трафика передачи данных необходимо учесть, что пользователи этой группы, как правило, активнее используют ftp и пиринговые сети. Допустим, что они потребляют до 100 Мбайт трафика. Время просмотра видео в час наибольшей нагрузки достигает 60 минут.

Определим число IP-пакетов, генерируемых каждой группой в час наибольшей нагрузки, при условии, что мультисервисный узел доступа обслуживает N = 4000 абонентов.

1. Расчёт числа пакетов от первой группы (телефония)

Для расчёта числа пакетов создаваемых  пользователями телефонии, необходимо задаться типом используемого кодека. На сегодняшний день в сетях IP-телефонии реально используются кодеки, представленные в таблице 4-1.

Таблица 4-1. Параметры кодеков.

Кодек	Скорость передачи, кбит/с	Длительность  датаграм-мы, мс	Задержка пакетизации, мс	Полоса пропускания  для двунаправ-ленного соединения, кГц	Задержка в джиттер-буфере	Теоре-тическая максималь-ная оценка MOS
G.711u	64	20	1	174,4	2 датаграммы, 40 мс	4,4
G.711a	64	20	1	174,4	2 датаграммы, 40 мс	4,4
G.726-32	32	20	1	110.4	2 датаграммы, 40 мс	4,22
G.729	8	20	25	62,4	2 датаграммы, 40 мс	4,07
G.723m	6,3	30	67,5	43,73	2 датаграммы, 60 мс	3,87
G.723a	5,3	30	67,5	41,6	2 датаграммы, 60 мс	3,69

Наилучшее качество речи обеспечивает кодек G.711. Длительность дейтаграммы T_PDU  равна 20 мс, согласно рекомендации RFC 1889. При этом в секунду передаётся

n₁ = 1/ T_PDU      (4.1)

кадров.

n₁ = 1/0,02 = 50 (кадров в секунду)

Размер пакетизированных данных

h = v·T_PDU      (4.2)

где

v – скорость кодирования, байт/с;

h – размер пакетизированных данных;

T_PDU – длительность одной речевой выборки (длительность пакета).

При использовании кодека G.711 скорость кодирования

v = 64000/8 = 8000 (байт/с)

h = 8000· 0,020 = 160 (байт)

Для определения размера пакета необходимо учесть заголовки:

• Ip – 20 байт;
• UDP – 8 байт;
• RTP – 12 байт.

Суммарный размер пакета – 160 + 20 + 8 +12 = 200 байт.

Для определения числа пакетов, генерируемых первой группой абонентов, необходимо учесть их долю в общей  структуре пользователей, количество вызовов в час наибольшей нагрузки, среднюю длительность разговора.

N₁ = n₁· t₁·f₁·p₁·N      (4.3)

где:

• N₁ – число пакетов, генерируемое первой группой пользователей в час наибольшей нагрузки;
• n₁ – число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании кодека G.711;
• t₁ – средняя длительность разговора в секундах для первой группы абонентов;
• f₁ – число вызовов в час наибольшей нагрузки для первой группы абонентов;
• p₁ – доля пользователей группы 1 в общей структуре абонентов;
• N – общее число пользователей.

2. Расчёт числа пакетов от второй группы (телефония и интернет)

Рассуждения, приведённые для первой группы абонентов, в полной мере можно применить и ко второй группе для расчёта числа пакетов, возникающих в результате пользования голосовыми сервисами. Разница будет лишь в индексах.

N_{2_т} = n₁· t₂· f₂·p₂· N     (4.4)

где:

• N_{2_т} – число пакетов, генерируемое второй группой пользователей в час наибольшей нагрузки при использовании голосовых сервисов;
• n₁ – число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом при использовании кодека G.711;
• t₂ – средняя длительность разговора в секундах для второй группы абонентов;
• f₂ – число вызовов в час наибольшей нагрузки для второй группы абонентов;
• p₂ – доля пользователей группы 2 в общей структуре абонентов;
• N – общее число пользователей.