Телекоммуникационные системы и сети

В.В.Величко, Е.А.Субботин, В.П.Шувалов, А.Ф.Ярославцев

Телекоммуникационные
системы и сети
Том 3. Мультисервисные сети

Допущено УМО по образованию в области
телекоммуникаций в качестве учебного пособия
для студентов вузов связи и колледжей.

Под редакцией профессора В. П. Шувалова

Москва
Горячая линия - Телеком
2015

2-е издание, стереотипное

 

УДК 621.39 
ББК 32.88 
     Т31 
 
Р е ц е н з е н т :  доктор техн. наук, профессор  В. К. Трофимов 
 
 
Т31    Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие  
/ В 3 томах. Том 3. – Мультисервисные сети / В. В. Величко, 
Е. А. Субботин, В. П. Шувалов, А. Ф. Ярославцев; под редакцией 
профессора В. П. Шувалова. – 2-е изд., стереотип. – М.: Горячая 
линия–Телеком, 2015. – 592 с.: ил. 
ISBN 978-5-9912-0484-2. 
В третьем томе учебного пособия рассмотрены вопросы построения мультисервисных сетей связи (МСС). В компактном виде представлен материал по сетям доступа, транспортным сетям и сетям 
управления. Приведено описание таких технологий как Softswitch и 
MPLS и даны примеры построения сетей на их основе. Пособие содержит раздел по моделированию МСС с использованием аппарата 
сетей систем массового обслуживания. 
Для студентов вузов связи и колледжей, может быть использовано 
работниками предприятий связи. 
ББК 32.88 
 
Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru  
 
 
 
Учебное издание 
 
Величко Вячеслав Витальевич, Субботин Евгений Андреевич, 
Шувалов Вячеслав Петрович, Ярославцев Александр Федорович 
 
Телекоммуникационные системы и сети 
Том 3 – Мультисервисные сети 

Учебное пособие 

2-е издание, стереотипное 
 
 
 
 
Подписано  в  печать  08.11.2014. Формат 60х90/16. Бумага офсетная.   
Усл. печ. л. 37.  Тираж 500 экз.  (1-й завод 100 экз.)  Изд. № 140484. 
 
 
ISBN 978-5-9912-0484-2 (Т.3)                            ©  В. В. Величко, Е. А. Субботин,  
                                                        В. П. Шувалов, А. Ф. Ярославцев, 2005, 2015 
                                              ©  Издательство «Горячая линия–Телеком», 2015 

 

Предисловие 
 
 
 
 
 
В последние годы наметился переход от разнородных телекоммуникационных сетей, каждая из которых была предназначена для оказания узкого круга услуг к сетям следующего поколения (Next Generation Network, NGN) или, так называемым, мультисервисным сетям. В 
таких сетях предоставляются услуги по передаче голоса, данных и 
видео, в них осуществлена конвергенция мобильных и фиксированных сетей. 
Идеология построения таких сетей еще не сложилась, методики их 
проектирования еще не отработаны и это существенно усложняет 
задачу авторов, взявших на себя труд по написанию книги. Авторы не 
пытались дать готовые рецепты по построению таких сетей. Они видели свою задачу в том, чтобы представить современные подходы к 
решению проблем NGN. Помимо теоретического материала в книге в 
качестве примера дано описание решений для фиксированных и мобильных сетей от китайской компании ZTE, эволюция сетей доступа 
на примере разработок ISKRATEL. 
Условно материал книги можно разделить на две части. Первая 
(гл. 1-15) охватывает вопросы построения мультисервисных сетей 
связи (МСС), во второй части (гл. 16-22) представлена методика моделирования МСС и примеры моделей. 
Кроме авторов, указанных на титульном листе, в подготовке 3-го 
тома приняли участие  доценты  В.Г. Фокин (п. 3.2.1, п. 3.2.2, гл. 7) и 
Н.В. Будылдина (гл. 4, приложение 1), инженеры  В.Н. Гончаров 
(гл. 8), С.А. Твердохлеб и А.Ф. Киреев (гл. 6), ген. директор Гипросвязь-Сибирь В.В. Столяров и профессор В.И. Мейкшан (гл. 17). 
Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить рецензента издания за ценные замечания, способствовавшие улучшению рукописи, а также Н.М. Гусельникову за неоценимую помощь в оформлении книги. 
В заключение авторы выражают уверенность, что книга будет полезна широким слоям читателей, интересующихся вопросами построения сетей следующего поколения и просят присылать свои замечания по книге по адресу:  630102, Новосибирск, Кирова, 86, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, профессору В.П. Шувалову. 
 
 
Профессор  В.П. Шувалов 

 

Введение 
 
 
 
 
 
Развитие телекоммуникационных сетей определяется тремя факторами:  ростом трафика, потребностью общества в новых услугах и 
достижениями в области технологий. Разумеется, эти факторы не являются независимыми, однако каждый из них определяет идеологию 
развития электросвязи. Так конкуренция среди поставщиков оборудования и технологические достижения привели к снижению стоимости 
оборудования, а это, в свою очередь, стимулировало рост трафика и 
разработку новых услуг. 
Трафик фиксированных сетей растет с высокой и постоянной скоростью с начала 80-х годов прошлого столетия. Так мировой трафик 
Интернет рос в мире в последние годы на 60-80% ежегодно, а количество абонентов широкополосных сетей увеличивалось со средней 
скоростью 60%. Стабильно, темпом 42-43% в год, развивается за последние четыре года и телекоммуникационная отрасль Российской 
Федерации. Страна вышла в лидеры по темпам развития мобильной 
связи. В 2003 г. количество абонентов сотовых сетей увеличилось в 2 
раза и достигло 36,4 млн. человек. Еще быстрее (180% в год) рос 
трафик Интернет. Объем рынка Интернет-услуг вырос на четверть и 
достиг 220 млн. долларов, а число пользователей Интернет – 14 млн. 
человек. 
Потребности общества в новых услугах, рост трафика приводят к 
изменению идеологии построения сетей примерно каждые десять 
лет. Так в 1980 годах появились оптические технологии; аналоговые 
беспроводные сети; широко распространились сети на основе стандарта Х.25. В 1990-х активно развивались оптические технологии, основанные на мультиплексировании с разделением и уплотнением по 
длине волны; разрабатывались и внедрялись  мобильные сети второго поколения; началось использование Интернет в коммерческих приложениях. 
Сегодня мы говорим о сетях следующего поколения (Next Generation Network, NGN). В [1] NGN определена как «концепция построения 
сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, 
предполагающая реализацию универсальной транспортной сети с 
распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления 
услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи». 

Основным принципом концепции NGN является отделение друг от 
друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовами и функций управления услугами. 
Функциональная модель сетей NGN [2] в общем виде может быть 
представлена тремя уровнями – транспортным, управления коммутацией и передачей информации, управления услугами. 
К основным задачам транспортного уровня относится прозрачная 
передача информационных потоков, а также поддержка взаимодействия с существующими сетями связи. 
На уровне управления коммутацией и передачей осуществляется 
обработка информации сигнализации и управления вызовами. 
Уровень управления услугами обеспечивает управление логикой 
услуг и приложений. 
Такое функциональное разделение позволяет унифицировать задачи управления вызовами, отделив их от особенностей применяемых технологий передачи и коммутации. В результате становится 
возможным использовать одну и ту же логику услуги вне зависимости 
от типа транспортной сети (IP, АТМ и т.д.), а также способа доступа. 
NGN может быть охарактеризована как мультисервисная сеть) 
связи с децентрализованным управлением услугами. Ее основу 
составляет универсальная транспортная среда с распределенной 
коммутацией пакетов. Кроме традиционных сетевых узлов (мультиплексоров, коммутаторов и маршрутизаторов) в состав такой сети 
могут входить контроллеры сигнализации и шлюзовое оборудование различного назначения. Доступ к услугам NGN, предоставляемым с помощью специализированных серверов, осуществляется 
через оконечные и оконечно-транзитные узлы, выполняющие функции узлов служб. 
Создание мультисервисных сетей связи (МСС) в России должно 
основываться на максимально эффективном использовании уже построенной цифровой инфраструктуры. Экономическая эффективность 
инвестиций должна быть обеспечена за счет широкого использования 
услуг, предоставляемых МСС. 
В книге сделана попытка дать представление о мультисервисных 
сетях. В ней представлена характеристика трафика МСС, приведены 
сведения о самоподобном трафике (гл. 1). Современные подходы к 
вопросам заключения соглашения об уровне обслуживания представлены в главе 2. Это направление взаимодействия оператора связи и 
потребителя будет постепенно становиться определяющим и способствовать как повышению качества обслуживания, так и расширению 
абонентской базы. 
                                                           
) В соответствии с [1]:  «Мультисервисные сети – это сети связи, построенные в соответствии с концепцией сети связи следующего поколения и обеспечивающие предоставление неограниченного набора услуг». 

Введение 

 

 
6 

Краткое описание основных технологий, используемых в МСС, 
приведено в 3-й главе, а некоторые подробности таких популярных 
сегодня технологий, как MPLS и Softswitch, представлено, соответственно, в 4 и 5 главах. Большинство операторов связи в последнее 
время делают ставку на IP и это нашло отражение в главе 6. Наиболее узким местом, требующим больших вложений, являются сети 
доступа. Их описанию посвящена 7 глава. В 8 главе рассмотрены современные подходы к управлению МСС. Главы 9-15 посвящены мобильным сетям 3-го поколения, которые способны предоставлять с 
хорошим качеством множество услуг. Здесь же впервые затронуты 
вопросы электромагнитной безопасности, о которой обычно скромно 
умалчивают, расписывая достоинства мобильной связи. 
Как рассчитывать МСС? Попытка ответить на этот вопрос потребовала бы по крайней мере еще одного тома. В предлагаемой Вашему вниманию книге мы ограничились рассмотрением одного из возможных, но достаточно эффективных подходов к моделированию на 
основе сетей систем массового обслуживания (гл. 16). 
 
 
Список литературы 
 
1. Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России. – ЛОНИИС, С.-Петербург, 2001. 
2. Р.Б. Петрив. Перспективы развития мультисервисных сетей в России // Вестник 
связи. – 2002. – № 9. – С. 4-42. 
 
 

Глава 1. Общая характеристика мультимедийного 
трафика 
 
 
 
 
 
 
Знание характеристик трафика, создаваемого пользователями 
(абонентами) является непременным условием для грамотного проектирования сетей электросвязи. Значение трафика непосредственно 
определяет как капитальные затраты на оборудование сети, так и 
возможные доходы за счет его эксплуатации [1]. 
 
1.1. Классификация мультимедийного трафика 
 
Мультимедийный трафик. Под мультимедийным трафиком понимается цифровой поток данных, который содержит различные виды 
сообщений, воспринимаемых органами чувств человека (обычно звуковая и/или видеоинформация). Мультимедийные потоки данных передаются по телекоммуникационным сетям с целью предоставления удаленных интерактивных услуг. Наиболее распространенными на сегодняшний день мультимедийными услугами, предоставляемыми пользователям сети, являются: видеотелефония, высокоскоростная передача мультимедийных данных, IP-телефония, цифровое телевизионное вещание, мобильная видеосвязь и цифровое видео по запросу. 
В зависимости от типа предоставляемого сервиса выделяются две 
основные категории мультимедийного трафика 
1. Трафик реального времени, предоставляющий мультимедийные 
услуги для передачи информации между пользователями в реальном 
масштабе времени. 
2. Трафик обычных данных, который образуется традиционными 
распределенными услугами современной телекоммуникационной сети, таких как: электронная почта, передача файлов, виртуальный терминал, удаленный доступ к базам данных и др. 
В качестве примеров услуг, генерирующих трафик реального времени можно привести следующие: IP-телефония, высококачественный звук, видеотелефония, видеоконференцсвязь, дистанционное 
(удаленное) медицинское обслуживание (диагностика, мониторинг, 
консультация), видеомониторинг, широковещательное видео, цифровое телевидение, вещание радио и телевизионных программ [7–8]. 
IP-телефония. Данный сервис осуществляет передачу голосового 
трафика (речи) между двумя абонентами сети, в которой, в качестве 

Глава 1. Общая характеристика мультимедийного трафика 

 
 
8 

сетевого используется протокол IP (Internet Protocol). Для организации 
сервиса «IP-телефония» могут быть использованы локальные, корпоративные, глобальные сети, а также сеть Internet. С помощью специальных шлюзов, используемых в телефонной сети общего пользования обеспечивается IP-телефонная связь между абонентами телефонных сетей и абонентами сетей передачи данных. 
Высококачественный звук. Под «высококачественным звуком» понимается такой сервис, который осуществляет передачу и вещание высококачественного звука, например музыки, концертных выступлений и т.д. 
Видеотелефония. Данный сервис осуществляет передачу человеческой речи вместе с его изображением невысокого качества между двумя абонентами. Клиенты данного сервиса, через соответствующую коммутационную аппаратуру, могут слушать и видеть друг друга в режиме реального времени. 
Видеоконференция. Данный сервис осуществляет передачу голосового и видеотрафика между группой абонентов, причем звуковые, и видеосигналы передаются по сети независимо друг от друга 
(по разным транспортным соединениям), их синхронизация на приеме 
обеспечивается соответствующим протоколом транспортного уровня. 
Дистанционное медицинское обслуживание. Данный сервис 
обеспечивает проведение дистанционного медицинского обследования, диагностики и консультации больных. Трафик данного сервиса 
включает: голосовые и видеоданные, результаты обследования, переданные в реальном масштабе времени и др. 
Видеомониторинг. Данный сервис осуществляет видеонаблюдение помещений, применяется для охраны территорий различного назначения, оперативной сигнализации о различных нештатных ситуациях, постоянного (в режиме реального времени) мониторинга в местах скопления людей. 
Вещание радио и телевизионных программ. Данный сервис 
осуществляет вещание обычных радио и телевизионных каналов по 
цифровой телекоммуникационной сети. 
Цифровое телевидение. Данный сервис осуществляет вещание 
высококачественного цифрового телевидения (художественных фильмов, музыкальных видеоклипов, спортивных трансляцией) по запросу 
клиентов данного сервиса. 
Основной тенденцией в развитии современных телекоммуникационных сетей является поддержка различных видов сервиса, в том 
числе мультимедийного [5, 8]. Требования различных типов мультимедийного трафика к сетевым ресурсам могут отличаться весьма существенно. Например, обычный трафик, как правило, не налагает 
особых ограничений на время его доставки до получателя. Все, что 
требуется такому трафику – это выделение ему минимальной пропускной способности. 

1.2. Общий подход к параметризации мультимедийного трафика 

 
 
9 

Другим примером может быть трафик для проведения видеоконференций в реальном масштабе времени. Он требует не только значительной пропускной способности, но также и минимизации времени 
доставки видеокадров до получателя. Кроме того, качество проведения сеанса видеоконференции не будет удовлетворительным, если 
задержки пакетов информации имеют слишком нерегулярный характер. В данном случае к ресурсам сети предъявляются жесткие требования по многим параметрам. Эти параметры подробно будут рассмотрены ниже. 
Описание и анализ мультимедийного трафика в современных телекоммуникационных сетях является сложной и трудной задачей. Основными причинами этих трудностей являются: 
 широкий диапазон скоростей передачи – от нескольких кбит/с, как 
в случае передачи телефонного трафика, до сотен Мбит/с, при передаче видепотоков; 
 разнообразные статистические свойства передаваемых мультимедийных информационных потоков (трафик реального времени налагает жесткие требовании к ресурсам сети); 
 большое разнообразие сетевых конфигураций, множество технологий и протоколов передачи (Gigabit Ethernet, ATM, MPLS и др.); 
 многоуровневая обработка передаваемых сообщений, вследствие 
чего качество обслуживания оказывается зависящим от нескольких 
уровней обработки. 
 
1.2. Общий подход к параметризации мультимедийного  
трафика 
 
Имеется множество моделей описания трафика в различных телекоммуникационных сетях. 
В общем случае мультимедийный трафик некоторой услуги, представляется в виде случайного процесса. Пусть мгновенное значение 
трафика – есть количество блоков информации, которые генерирует 
соответствующий сервис в единицу времени. Тогда, в наиболее общем случае, случайный процесс B(t) описывается семейством функции распределения 
  

B t
F
x , где 

 
  

 


Bep
B t
F
x
B t
x

Ф
. 
 

Практическое использование такого метода описания является затруднительным (не создан математический аппарат, обеспечивающий 
оценку параметров качества такой нестационарной нагрузки общего 
вида, сложность в адекватном оценивании семейства функции распределения 
  

B t
F
x ). 
Для параметризации мультимедийного трафика, как правило, используется ряд характеристик, которые определены рекомендациям 

Глава 1. Общая характеристика мультимедийного трафика 

 
 
10 

ITU-T [2, 3]. Эти характеристики описывают интегральные параметры 
случайного процесса B(t), пример реализации которого приведен на 
рис. 1.1. 
К характеристикам трафика, который генерируется различными 
мультимедийными услугами, относятся следующие: 
 значения трафика (мгновенное, максимальное, пиковое, среднее и 
минимальное), бит/с; 
 коэффициент пачечности трафика (пульсация); 
 средняя длительность пикового трафика; 
 средняя длительность сеанса связи; 
 форматы элементов трафика; 
 максимальный, средний, минимальный размер пакета; 
 интенсивность трафика запросов. 
Максимальное значение трафика  . Максимальное количество 
блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в 
единицу времени, определяется как: 

 

 
maxB t
 
.  
 

Пиковое значение трафика. Трафик соответствующего сервиса, 
который превышает установленный для него пиковый порог  . 
Среднее значение трафика  . Среднее количество блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу 
времени, определяется как: 

 


 




0

1
s
T

s
B t dt
T
 

,  
 

 
 
Рис. 1.1. Основные параметры мультимедийного трафика