Сети нового поколения - NGN

NGN

Сети 
нового 
поколения

В. И. Битнер
Ц. Ц. Михайлова 

Рекомендовано УМО по образованию 
в области телекоммуникаций 
в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся 
по направлению 210400 –  
«Телекоммуникации»

Москва
Горячая линия - Телеком
2011

 

УДК 004.72(075)+621.391.052(075) 
ББК 32.882 
     Б66 
 
Р е ц е н з е н т ы :  доктор техн. наук, профессор  С. П. Присяжнюк, доктор техн. 
наук, профессор  В. А. Росляков 

Битнер В. И., Михайлова Ц. Ц.  
Б66           Сети нового поколения – NGN. Учебное пособие для вузов. – 
М.: Горячая линия – Телеком, 2011. –  226 с., ил. 
ISBN 978-5-9912-0149-0. 
Рассмотрены основные направления развития сетей (конвергенция телекоммуникационных технологий), глобальная информационная инфраструктура 
и классификация инфокоммуникационных услуг и услуг доставки информации. 
Анализируются атрибуты трафика телекоммуникационных сетей и самоподобного трафика мультисервисных сетей. Рассмотрены  история развития сетей 
связи, структура взаимоувязанной сети связи (ВСС) Российской Федерации, 
концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС 
России. Классифицируются методы коммутации, приводится их сравнительный 
анализ. Приведены учебные материалы, посвященные принципам построения и 
проблемам перехода к сети следующего поколения. Анализируются: функциональная структура и протоколы сети следующего поколения, принципы построения транспортных пакетных сетей и сетей доступа. Рассмотрены методы и 
средства обеспечения качества обслуживания в NGN, общие требования к качеству доставки информации в сетях с разными технологиями, механизмы обеспечения качества обслуживания пользователей, основы соглашения об уровне 
качества услуг, защиты от перегрузок. Сравниваются подходы к выбору технологии транспортной сети следующего поколения и способы поддержки качества услуг доставки информации в сетях с пакетной коммутацией, сценарии перехода к NGN, принципы модернизации ГТС и СТС. Даны основные сведения 
о принципах управления сетями следующего поколения, методологии проектирования мультисервисных сетей. Приведены примеры построения мультисервисных сетей. 
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 
подготовки дипломированных специалистов 210400 – «Телекоммуникации», 
может быть полезно специалистам. 
Иллюстраций − 87, таблиц − 23, список литературы − 56 названий 

 
Учебное издание 

Битнер Владимир Иванович, Михайлова Цырегма Цыренжаповна 
Сети нового поколения – NGN 
Учебное пособие  
Редактор  Ю. Н. Чернышов 
Компьютерная верстка  Ю. Н. Чернышова 
Обложка художника  В. Г. Ситникова 

Подписано в печать  20.08.2010.  Печать офсетная. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 14,25.  Тираж 500 экз. 
Отпечатано в ООО «Типография Полимаг» 127242. Москва, Дмитровское шоссе. 107 
ISBN  978-5-9912-0149-0                                © В. И. Битнер, Ц. Ц. Михайлова, 2011 
© Оформление издательства  Горячая линия–Телеком, 2011 

Предисловие

Переход к пакетным технологиям при модернизации и построении 
новых сетей связи общего пользования (ССОП) стал настоятельно необходим. Традиционные операторы связи приступили к перестройке своих 
сетей с ориентацией на пакетную коммутацию и приданием им свойств 
мультисервисности. 
Операторы заинтересованы в построении такой сети связи, которая 
бы поддерживала непрерывный контроль процессов обработки вызовов 
клиента и предоставления услуг по одним и тем же правилам, гарантирующим запрошенный уровень качества обслуживания, независимо от способов транспортировки данных и видов используемого оборудования.
Несмотря на то что опубликовано большое количество рекомендаций ITU-T (серия Y.xxxx), посвященных глобальной информационной инфраструктуре (GII) и сетям следующего поколения (NGN), согласованная 
концепция NGN пока не разработана. Ряд авторов рассматривает NGN 
как инструмент для модернизации сетей связи.
Первая часть учебного пособия (главы 1–3) посвящена тенденциям в 
развитии современных сетей и трафику мультисервисных сетей. 
В первой главе рассматриваются направления развития сетей (конвергенция телекоммуникационных технологий), глобальная информационная инфраструктура и классификация инфокоммуникационных услуг 
и услуг доставки информации.
Вторая глава посвящена атрибутам самоподобного трафика мультисервисных сетей.
В третьей главе рассматривается история развития сетей связи, 
структура взаимоувязанной сети связи (ВСС) Российской Федерации, 
концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на 
ВСС России, методы коммутации и их сравнительный анализ. 
Во второй части пособия (главы 4–8) содержатся учебные материалы, посвященные принципам построения NGN. 
Четвертая глава посвящена проблемам перехода к сети следующего 
поколения и модели NGN.
В пятой главе рассматриваются функциональная структура NGN, 
принципы построения транспортных пакетных сетей, сетей доступа и 
протоколы NGN. 
Шестая глава посвящена методам и средствам обеспечения качества 
обслуживания в NGN, общим требованиям к качеству доставки информации в сетях с разными технологиями, механизмам обеспечения каче

ства обслуживания пользователей, соглашению об уровне качества услуги, защите от перегрузок. 
В седьмой главе рассматриваются подходы к выбору технологии 
транспортной сети нового поколения (асинхронного метода переноса 
(ATM), многопротокольной коммутации с помощью меток (MPLS)) и 
способы поддержка качества услуг доставки информации в сетях с пакетной коммутацией.
Восьмая глава посвящена основным сценариям перехода к NGN, 
принципам модернизации ГТС и СТС. 
Третья часть пособия (главы 9, 10 и 11) посвящена вопросам проектирования мультисервисных сетей, управления сетью и трафиком.
В девятой главе рассматриваются принципы управления сетями следующего поколения. 
Десятая глава посвящена методологии проектирования телекоммуникационных сетей: организации сетей доступа, расчету нагрузки сетей 
доступа и транспортной. 
В одиннадцатой главе рассматриваются примеры построения мультисервисных сетей.
В каждой главе учебного пособия имеются контрольные вопросы, 
предназначенные для самоконтроля степени усвоения учебного материала студентами. 
Авторы приносят свою благодарность рецензентам д.т.н., профессору А.В. Рослякову и д.т.н., профессору С.П. Присяжнюку за ценные замечания и советы, благодаря которым учебное пособие претерпело значительные изменения как по содержанию, так и по способу изложения. 

Предисловие

Глава 1

Пути перехода к сетям следующего поколения

1.1. Основные тенденции в развитии современных сетей

В стратегии развития информационного общества в Российской Федерации, принятой Министерством информатизации и связи в 2005 г. [1], 
приведены контрольные значения показателей развития на период до 
2015 г. (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Контрольные значения показателей развития информационного общества  
в Российской Федерации на период до 2015 г.

Показатель
Значение 

Место Российской Федерации в международных рейтингах в области развития информационного общества 
в числе двадцати ведущих стран мира

Рост объема инвестиций в использование информационных и телекоммуникационных технологий в национальной экономике по сравнению с 2007 г.
не менее чем в 2,5 
раза

Уровень использования линий широкополосного доступа  
на 100 человек населения за счет всех технологий
к 2010 году –15 линий;
к 2015 году – 35 линий

Наличие персональных компьютеров, в том числе  
подключенных к Интернету 
не менее чем в 75 % 
домашних хозяйств

Важно отметить, что среди других показателей развития информационного общества используется показатель (международный рейтинг), 
значение которого определяется не министерством, а международным 
сообществом. 
Основным документом, определяющим тенденции развития рынка 
телекоммуникационного оборудования на 2002–2010 гг., является принятая Правительством Российской Федерации «Концепция развития рынка 
телекоммуникационных услуг Российской Федерации до 2010 года» [1]. 

Глава 1

Исходя из результатов анализа состояния рынка телекоммуникационных 
услуг и макроэкономических показателей развития России, определенных в «Основных направлениях социально-экономической политики 
Правительства Российской Федерации на долгосрочную перспективу», 
установлены обобщенные показатели развития телекоммуникационного 
рынка России (табл. 1.2) и необходимые для их достижения объемы капитальных затрат. 

Таблица 1.2

Обобщенные показатели развития телекоммуникационного рынка России

Показатели
2000 г.
2005 г.
2010 г.

Количество стационарных телефонов, млн
31,2
36,9
47,7

Телефонная плотность, %
21,3
25,3
32,7

Количество мобильных телефонов, млн
2,9
9,24
22,2

Плотность мобильных телефонов, %
2,0
6,3
15,2

Количество пользователей Интернет, млн
2,5
6,0
26,1

Плотность пользователей Интернет, %
1,7
4,1
17,9

Объем капитальных вложений для достижения указанных показателей с учетом необходимых работ по модернизации устаревшего оборудования на предстоящий десятилетний период оценивается в размере 
33 млрд. долл. США, из которых затраты на закупку оборудования могут 
составить 22–24 млрд. долл. США.
Исходя из показателей развития рынка услуг телекоммуникаций 
России до 2010 года, приоритетов и специфических особенностей, которые обозначены в «Концепции развития рынка телекоммуникационных 
услуг», определена предполагаемая емкость отдельных наиболее значимых сегментов рынка оборудования связи. Показатели емкости рынка 
оборудования связи по отдельным сегментам приведены в табл. 1.3.
Крайне острыми продолжают оставаться проблемы сельской связи 
и проблемы связи на труднодоступных территориях. Причины существующих проблем в нашей стране объясняются прежде всего высокой 
себестоимостью этих услуг связи и крайне низкой покупательной способностью населения.
В настоящее время около 50 тыс. населенных пунктов не имеют телефонной связи. Телефонная плотность на селе составляет примерно 14 телефонов на 100 жителей. В рассматриваемый период необходимо ввести 
номерную емкость телефонной сети 2700–2800 тыс. номеров, из которых 
600 тыс. идут на замену выводимого из эксплуатации оборудования. 

Пути перехода к сетям следующего поколения

Таблица 1.3

Показатели емкости рынка оборудования связи

Сегмент рынка

Емкость рынка
2001 г.
2010 г.
2001–2010 гг.
Сумма,
млрд 
долл.

Доля,
%
Сумма,
млрд 
долл.

Доля,
%
Сумма,
млрд долл.

Местная связь,
 в т.ч.
городская
сельская 

0,57
0,45
0,12

18,4
14,5
3,9

1,02
0,9
0,12

16,0
14,1
1,9

7,9
6,7
1,2

Междугородная и
международная 
связь
0,1
3,2
0,1
1,6
1,0
Мобильная связь
0,43
13,9
1,3
20,5
8,5
Передача данных, 
Интернет
0,4
12,9
0,9
14,1
6,6
Ведомственные и
корпоративные сети
1,2
38,7
2,1
33,2
16,5
Абонентское 
оборудование 
для 
электросвязи
0,4
12,9
0,9
14,6
6,6
Всего
3,1
100
6,32
100
47,1

Существующая система правового регулирования рынка телекоммуникационных услуг имеет ряд серьезных недостатков. К их числу следует отнести:
ограничение рыночного потенциала традиционных операторов связи 
• 
и создание неравных условий на рынке для традиционных и новых 
операторов;
отсутствие эффективных механизмов, регулирующих деятельность 
• 
по оказанию услуг присоединения;
отсутствие последовательности в реализации принципов тарифного 
• 
регулирования, установленных государством;
отсутствие гарантий и механизма реализации права граждан Россий• 
ской Федерации на доступ к ССОП независимо от их местонахождения и уровня доходов;
недостаточная защита национальных интересов при решении вопро• 
сов участия иностранных инвесторов в развитии национальной телекоммуникационной инфраструктуры.

Глава 1

Сети связи с мобильным доступом. Сегмент рынка услуг мобильной связи полностью либерализован и переживает период динамичного 
роста. Количество абонентов увеличивается не менее чем на 25 % ежегодно. Потенциал роста рынка мобильной связи оценивается как высокий.  
В этом сегменте рынка развернулась наиболее острая конкурентная 
борьба компаний-операторов, при этом первая пятерка компаний обслуживает 3/4 всех абонентов. 
Ежегодный прирост пользователей Интернетом составляет 15–16 %. 
Сегмент рынка оборудования для развития сети передачи данных, телематических услуг и услуг доступа к Интернету является потенциально 
наиболее динамично растущим.

1.2. Направление развития сетей (конвергенция 
телекоммуникационных технологий)

В настоящее время при построении мультисервисных сетей используются технологии IP/ATM, IP/MPLS, IP/GigabitEthernet. Основное 
преимущество технологии IP/MPLS перед IP/ATM в долгосрочной перспективе состоит в более высокой степени масштабирования (scalability, 
extensibility) – расширяемости, возможности функционального наращивания системы путем добавления новых элементов или замены устаревших на более совершенные без изменения архитектуры. Таким свойством 
должна обладать прежде всего транспортная сеть. Предпочтительная область применения технологии IP/MPLS − ядро транспортной сети. 
Масштабируемость означает также экономичную поддержку большого количества пользовательских потоков. Экономичность подразумевает возможность передачи через магистраль многочисленных потоков 
без слежения за каждым из них, а совокупно за множеством (путем агрегирования). Агрегирование потоков реализуется как в технологии ATM, 
так и MPLS: в ATM − это агрегирование отдельных виртуальных соединений (VCC) в общий виртуальный путь VPC, а в MPLS − агрегирование 
разных пользовательских потоков в общий класс доставки (Forwarding 
Equivalence Class, FEC) и передача их по общему пути (Label Switching 
Path, LSP). При этом механизмы агрегирования в технологии MPLS более 
гибки и поддаются автоматизации. 
Если коммутатор ATM пользуется только таблицей коммутации 
второго уровня с идентификаторами виртуального канала (VCI) и тракта (VPI), то маршрутизатор MPLS, коммутирующий при помощи меток 
(Label Switched Router, LSR), имеет доступ к информации того же второго 
уровня, третьего (IP-адрес), четвертого (порты TCP/UDP), а часто − и прикладного. Поэтому администратор может не конфигурировать отображе

Пути перехода к сетям следующего поколения

ние соединений виртуальных каналов (VCC) на соединения виртуальных 
трактов (VPC) вручную, а написать несколько правил агрегирования  
с учетом разных признаков трафика, в том числе и высокоуровневого, и 
предоставить дальнейшую работу LSR. Еще одним отличительным свойством MPLS, повышающим ее масштабируемость, является неограниченное число уровней иерархии меток и, соответственно, агрегирования 
путей [23] − вместо двух уровней (VPC/VCC) в технологии ATM. 
Технологии ATM и MPLS выполняют в современных транспортных 
сетях одни и те же функции: создание виртуальных соединений на канальном уровне. Создание виртуальных соединений обеспечивает: 
дифференцированное обслуживание различных типов пользователь• 
ских потоков данных (поддержка соглашения об уровне качества 
услуг доставки информации – Service Level Agreement, SLA); 
оптимальное использование ресурсов на основе рационального вы• 
бора маршрутов следования потоков данных через сеть (при помощи 
методов управления трафиком – Traffic Engineering, TE).
В технологии ATM имеется несколько ограничителей, из-за которых 
ее масштабируемость не может выходить за определенные рамки. Самым 
принципиальным ограничителем является фиксированный и очень небольшой размер ячейки – 53 байта, 48 из которых переносят пользовательские данные. Малый размер ячейки был выбран с целью создания предсказуемых условий переноса через магистральную сеть, чувствительной 
к задержкам речевой информации, со скоростью 155 Мбит/с (скорость 
155 Мбит/с была наиболее распространенной в сетях ATM в начале 90-х 
годов XX века). За прошедшие 15 лет масштабы скоростей транспортных 
сетей изменились, в настоящее время технологии доставки информации 
работают уже со скоростью 10 Гбит/с (10GigabitEthernet, 10GE) и более.
Затраты вычислительной мощности любого пакетного коммуникационного устройства, независимо от поддерживаемой им технологии, 
пропорциональны количеству обрабатываемых пакетов (кадров, ячеек), 
а не их размеру. Поэтому производительность коммутатора ATM должна 
быть примерно в 100 раз больше, чем производительность маршрутизатора IP, работающего с пакетами размером 4500–5500 октетов. При этом 
величина задержки при доставке на физическом уровне вследствие различий размера ячеек и пакетов не превышает наносекундных величин и 
не ощущается пользователями сети. 
Преимущество ATM − тонкая и разнообразная поддержка дифференцированного обслуживания потоков разных типов, которая всегда 
рассматривалась как наиболее сильная сторона ATM. Действительно, 
разработчики технологии всесторонне проанализировали все типы 

Глава 1

существующих потоков данных, разделили их на классы, для каждого создали отдельную службу (CBR, rtVBR, nrtVBR, ABR и UBR), призванную наилучшим образом поддерживать доставку соответствующего вида информации.
При этом узлы сети ATM обеспечивают контроль параметров качества доставки информации по способу «из конца в конец» для каждого 
отдельного виртуального соединения, обеспечивая высокую степень 
структурирования соглашений пользователя с администрацией сети.
Неспособность сети с технологией MPLS поддерживать качество доставки информации подобным образом очень многие специалисты считают ее слабостью и главной причиной сохранения технологии ATM в магистральных сетях. Безусловно, проблемы с поддержкой качества доставки 
информации в сетях с технологией IP/MPLS существуют, но дело не в 
том, что MPLS не может поддерживать качество доставки информации 
пользователя на таком же уровне, что и ATM. Сегодня еще отсутствуют 
стандарты ITU-T и других международных органов, устанавливающих 
для MPLS способы поддержки качества доставки информации в соответствии с особой ролью этой технологии, предназначенной для ядра (core) 
сети, а не для ее периферии. 
Нужно отметить, что поддержка качества доставки информации вообще не встроена жестко в MPLS (если не считать зарезервированных 
трех битов поля Exp в заголовке, которые используются для переноса 
признака приоритетности кадра). Подобное упрощение сделано сознательно, чтобы предоставить изготовителям и сетевым интеграторам свободу действий и возможность применять те из имеющихся механизмов 
поддержки качества доставки информации, которые наилучшим образом 
отвечают потребностям операторов сетей связи. Сегодня таким рекомендуемым механизмом является дифференцированное обслуживание 
(DiffServ), он разработан для сетей IP и ориентирован на работу с несколькими агрегированными классами сетевого трафика, а не с отдельными пользовательскими соединениями, как в ATM. Именно такая технология подходит для работы в ядре транспортной сети.
В начале XXI века наметилась тенденция применения связки технологий IP/MPLS в магистральной сети. При этом технология ATM может использоваться в сети доступа. Большинство операторов связи экономически развитых стран мира поддерживают такое решение, считая 
сочетание «ATM в сети доступа и IP/MPLS в ядре транспортной сети» 
рациональным и стратегически верным. Технология ATM обладает 
преимуществами в случае использования приложений, которым нужна 
гарантированная полоса пропускания, например для приложений реального времени.