Расчёт объёма оборудования мультисервисных сетей связи

Рекомендовано Методическим советом МТУСИ в качестве учебного 
пособия по дисциплинам «Системы коммутации», 
«Сети связи и системы коммутации» 
для студентов, обучающихся по направлению подготовки 
11.03.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Москва
Горячая линия – Телеком

УДК 004.72(075)+621.391.052(075) 
ББК 32.882 
 М54 

Р е ц е н з е н т ы :  канд. техн. наук, доцент  В. Ю. Деарт;  канд. техн. 
наук  А. В. Казарновский 

А в т о р ы :  канд. техн. наук, доцент  Е. Е. Маликова; канд. техн. 
наук, профессор  А. П. Пшеничников 

М19   Расчёт объёма оборудования мультисервисных сетей связи. 

Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 
2020. – 90 с.: ил. 
ISBN 978-5-9912-0657-0.  
Кратко изложены основы концепции сетей нового поколения – 
NGN. Рассмотрены принципы построения мультисервисных сетей 
связи на базе платформы IMS, разработка схемы организации связи фрагмента мультисервисной сети на существующей ГТС, расчёт интенсивности нагрузки и её распределение по направлениям 
связи, расчет транспортного ресурса мультисервисной сети связи и 
объема оборудования мультисервисных узлов доступа – MSAN. 
В приложении приведена краткая характеристика коммутационного оборудования типа SI3000. Пособие будет полезно для подготовки курсовых проектов и выпускных квалификационных работ 
(ВКР). 

Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготов
ки бакалавров 11.03.02 – «Инфокоммуникационные технологии и 
системы связи» по профилю подготовки – «Сети связи и системы 
коммутации».  

ББК 32.882 

Тиражирование книги начато в 2017 г.

Все права защищены.
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме 
и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком»
www.techbook.ru
© Е. Е. Маликова, А. П. Пшеничников

Учебное издание 
Маликова Елена Егоровна, Пшеничников Анатолий Павлович 
РАСЧЁТ ОБЪЁМА ОБОРУДОВАНИЯ  МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ 
СЕТЕЙ СВЯЗИ 
Учебное пособие для вузов 

Введение

Концепцию сетей последующих поколений — NGN (Next Generation Networks) сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) рассматривает как составную часть Глобального информационного общества (ГИО), технической основой которого является Глобальная информационная инфраструктура (ГИИ).
Основные положения концепции изложены в рекомендациях
МСЭ-Т серии Y.20xx [8]. Так, в рекомендации Y.2001 указано, что
NGN задумана как конкретная реализация ГИО. Эта рекомендация
определяет целевые и фундаментальные характеристики NGN, одной из которых является принцип технологического разделения передачи и коммутации (транспорта), управления вызовами, управления услугами. В указанной рекомендации регламентированы основные возможности NGN, архитектурные принципы и модели, реализация качества обслуживания по принципу «из конца в конец»,
управление, безопасность, нумерация и адресация, устойчивость к
воздействию дестабилизирующих факторов.
В рекомендации Y.2011 определена роль NGN в ГИИ, рассмотрена её взаимосвязь с базовой эталонной моделью взаимодействия
открытых систем, описан принцип отделения транспортного уровня
сети от уровня формирования услуг, определена структура функциональной модели, рассмотрено межсетевое взаимодействие NGN
с другими сетями.
Достаточно детальное описание принципов построения NGN
можно найти в отечественной литературе, например в [15, 18].
Концепция NGN в информационно развитых странах в значительной степени реализована. Ей на смену МСЭ-Т предлагает концепцию Будущих сетей (Future Networks — FN) [16]. Принципы построения Будущих сетей содержатся в рекомендациях серии Y.3000
[8].
Одним из основных принципов концепции Будущих сетей является виртуализация сетевых ресурсов. В основе эволюционного
развития сетей связи лежит реализация принципа совместимости телекоммуникационных технологий: новые технологии должны обеспечить совместную работу с существующими на сети.

Введение

Целью данного учебно-методического пособия является формирование у студентов умений использовать методы и приёмы проектирования мультисервисных сетей связи в процессе выполнения
курсового проекта. В курсовом проекте студент должен спроектировать фрагмент мультисервисной сети связи на базе подсистемы
IMS в небольшой по ёмкости ГТС с пятизначной нумерацией. На
территории данного города уже имеется телефонная сеть с коммутацией каналов.
Необходимо рассчитать нагрузку от абонентов МСС и сети с
коммутацией каналов, распределить эту нагрузку по всем направлениям, также рассчитать транспортный ресурс и объем оборудования
мультисервисной сети. Кроме этого, для абонентов АТС и MSAN
нужно рассчитать транспортный ресурс для выхода в Интернет и
предоставления услуги IPTV.
Пособие содержит семь разделов.
Первые два раздела знакомят студентов с принципами построения мультисервисных сетей связи.
В третьем разделе объясняется последовательность разработки
схемы организации связи фрагмента мультисервисной сети связи на
существующей ГТС.
Четвертый раздел посвящен расчету интенсивности нагрузки и
ее распределению по направлениям связи.
В пятом разделе рассмотрена последовательность расчета транспортного ресурса на различных участках фрагмента мультисервисной сети.
В шестом разделе рассмотрен метод расчета транспортного ресурса для доступа в Интернет и к услугам IPTV, а также расчёт
объема оборудования MSAN.
В седьмом разделе приведены требования к оформлению курсового проекта.
В приложении приведена краткая характеристика коммутационного оборудования типа SI3000.
В рассмотренном в пособии примере для упрощения расчетов
приняты следующие допущения: на проектируемой сети используется только две технологии мобильной связи — 2G и 4G; число абонентов, подключенных по этим технологиям, одинаково; удельные
абонентские нагрузки также приняты одинаковыми. В случае использования настоящего пособия при написании ВКР эти допущения
при задании исходных данных рекомендуется изменить.
Замечания и предложения по содержанию и оформлению пособия просьба направлять по электронной почте emalikova@gmail.ru,
pshenichnikov@mtuci.ru.

Основы концепции сетей
последующих поколений — NGN

1.1. Функциональная модель NGN

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг
от друга функций передачи и коммутации (прозрачной передачи информации пользователя между сетевыми окончаниями без какоголибо анализа или обработки ее содержания), функций управления
вызовами и функций управления услугами.
Функциональная модель сетей NGN в общем случае может быть
представлена следующими уровнями:
• уровень доступа;
• транспортный уровень;
• уровень управления коммутацией и передачей сообщений;
• уровень управления услугами.
Уровень доступа содержит сеть абонентского доступа.
Задачей транспортного уровня является прозрачная передача
информации пользователя.
Задачей уровня управления коммутацией и передачей является
обработка сигнальной информации, маршрутизация и управление
потоками вызовов.
Уровень управления услугами содержит функции управления
логикой услуг и приложений и представляет собой среду, обеспечивающую:
• предоставление инфокоммуникационных услуг;
• управление услугами;
• создание и внедрение новых услуг;
• взаимодействие различных услуг.
Функции обслуживания телекоммуникационной инфраструктуры реализуются на уровне эксплуатационного управления — поддерживаются функции активизации услуг, техобслуживания, биллинга
и другие эксплуатационные задачи.

Г л а в а 1

Технической основой концепции NGN (телекоммуникационной
инфраструктурой) является мультисервисная сеть связи (МСС).

1.2. Первый этап реализации концепции NGN
На первом этапе реализации концепции NGN решались задачи
передачи речи по сети с коммутацией пакетов с приемлемым качеством и сопряжения сетей с коммутацией пакетов и с коммутацией
каналов. Для решения проблемы качества передачи сообщений реального времени стек протоколов TCP/IP дополнен стеком протоколов MPLS.
Мультисервисная сеть строилась на базе программных (гибких)
коммутаторов (Softswitch) (рис.1.1). На основании анализа полученной сигнальной информации программный коммутатор управляет
установлением RTP-сессий между окончаниями (терминалами или
шлюзами). Информационные потоки (аудио, видео) передаются в
пределах RTP-сессии через транспортную пакетную сеть, минуя программные коммутаторы. Каждый программный коммутатор управляет терминалами определенной области (домена) сети.
Важнейшей функцией программного коммутатора является обеспечение корректного взаимодействия с сетями с коммутацией каналов (ТфОП, СПСС поколения 2G). В этом случае программный
коммутатор работает в качестве контроллера транспортных шлюзов
MGC (Media Gateway Controller).
Контролер шлюзов MGC обеспечивает сопряжение сетей по сигнализации и управляет транспортными шлюзами.
Каждый MGC
принимает и обрабатывает сигнализацию сетей с коммутацией каналов: ОКС №7 (ISUP), DSS1 (Q.931), протокол V5.2. Если сигнальные каналы физически подключены к MGC, например, с помощью
потоков Е1, то проблем с обработкой сигнальной информации не
возникает.
При подключении сигнальных каналов из сети с коммутацией
каналов к программному коммутатору через пакетную сеть необходимо обеспечить передачу сигнальной информации с сохранением не
только содержимого сигнальных сообщений, но и порядка их следования и поддержкой процедур защиты от ошибок. Эти функции выполняют сигнальные шлюзы (SGW), которые со стороны сетей с коммутацией каналов поддерживают окончания звеньев сигнализации
ОКС №7 и с помощью протокола транзита сигнализации (SIGTRAN)
обеспечивают надежную пересылку сигнальных сообщений в MGC.
В зависимости от вида сигнализации существуют различные модификации протоколов адаптации SIGTRAN (M2UA, M3UA, IUA,
V5UA).

Основы концепции сетей последующих поколений — NGN
7

Рис. 1.1. Схема МСС на базе программных коммутаторов

Г л а в а 1

Транспортные (транкинговые) шлюзы должны:
• обеспечивать прием аудио потоков из сетей с коммутацией каналов;
• при необходимости выполнять их перекодирование;
• выполнять пакетизацию речи;
• обеспечивать контроль текущих параметров качества передачи
по установленным RTP-сессиям.
Исходя из выполняемых функций, транспортные шлюзы можно
разделить на:
• шлюзы соединительных линий или транкинговые шлюзы
(TGW, Trunking Gateway), к которым подключаются потоки
Е1, соединяющие АТС ТфОП или центры коммутации (ЦК) сетей подвижной сотовой связи (СПCС) с сетью NGN. Часто в
транкинговый шлюз включаются соединительные линии от существующих телефонных станций с сигнализацией ОКС№7 от
цифровых АТС и с сигнализацией R1,5 для подключения координатных АТС. В этом случае транкинговый шлюз выполняет
также и функции сигнального шлюза;
• шлюзы доступа (AGW, Access Gateway) предназначены для
включения сетей доступа AN (Access Network) через интерфейс
V5.2, который может включать от 2 до 16 первичных потоков
Е1, или для подключения УПАТС через интерфейс первичного
доступа PRI сети ISDN (30B+D);
• резидентные (абонентские) шлюзы доступа (RAGW, Residential
Access Gateway) для подключения аналоговых абонентских линий, в которые включаются традиционные телефонные аппараты ТфОП, аналоговые модемы, факсимильные аппараты, модемы xDSL.
В эти шлюзы также могут включаться цифровые абонентские
линии ISDN, к которым подключается терминальное оборудование
базового доступа BRI (2B+D). RАGW обычно размещаются в непосредственной близости от точек подключения абонентов.
Часто конструктивно резидентный шлюз и шлюз доступа реализуются в виде единого мультисервисного узла доступа MSAN (MultiService Access Node). В состав такого MSAN обязательно входит пакетный коммутатор Ethernet, в который включаются непосредственно все источники нагрузки, работающие по пакетным технологиям:
локальные вычислительные сети LAN и мультимедийные терминалы
на базе протоколов SIP, H.323 (рис. 1.2) [15].
Число резидентных шлюзов определяется исходя из параметров
критичности длины абонентской линии, значения прогнозируемой

Основы концепции сетей последующих поколений — NGN
9

Рис. 1.2. Структура мультисервисного узла доступа MSAN

нагрузки, топологии первичной сети (если таковая уже существует), наличия помещений для установки, технологических параметров оборудования, предполагаемого к использованию.
Зона обслуживания резидентного шлюза доступа должна создаваться таким образом, чтобы максимальная длина абонентской линии не превышала 4...5 км (затухание абонентской линии не более 6
дБ). Если шлюз производит подключение оборудования сети доступа
интерфейса V5.2, LAN либо УПАТС, то зона обслуживания шлюза
включает в себя и зоны обслуживания подключаемых телефонных
аппаратов (ТА).
Контроллеры MGC управляют работой транспортных шлюзов
при помощи протокола H.248/MEGACO. При работе с резидентными
шлюзами (RАGW) протокол H.248/MEGACO обрабатывает этапы
аналоговой абонентской сигнализации (абонент снял трубку, набрал
цифру номера и т. д.) как последовательность событий, о наступлении которых шлюз уведомляет MGC. Таким образом, MGC получает сигнальную информацию от абонентов, используя возможности
протокола H.248/MEGACO.
Для защиты ядра сети NGN от внешних угроз на границе между
магистральной сетью IP/MPLS и внешними сетями устанавливаются
пограничные контроллеры сессий — SBC (Session Border Controller).
Уровень услуг в сети NGN на базе программных коммутаторов
представлен различными серверами приложений — AS (Application