Sieć NGN

Sieć telekomunikacyjna nowej generacji to w najprostszym ujęciu otwarta (czyli podlegająca dalszym modyfikacjom) infrastruktura sieciowa, zdolna skutecznie obsłużyć dużą liczbę aplikacji i usług komunikacyjnych. Zapewnia ona łatwe skalowanie przepływności sieci (niezbędne do sprostania bieżącym i przyszłym, jeszcze nie zdefiniowanym, wymaganiom ruchu IP) oraz szybko reaguje na zmienne wymagania rynkowe. W swojej koncepcji sieć następnej generacji ma architekturę konwergentną – przede wszystkim w odniesieniu do pakietowej transmisji głosu i danych – z zastosowaniem całkowicie zintegrowanego sprzętu, umożliwiającego prowadzenie połączeń głosowych w czasie rzeczywistym. Realizacja tego wymaga oddzielenia funkcji transmisyjnych od sterowania funkcjami usługowymi przez sieć.

Istnieją dwa sposoby dochodzenia do rozwiązania docelowego, odrębne dla różnych operatorów. Dotychczasowi usługodawcy telekomunikacyjni o ugruntowanej pozycji muszą brać pod uwagą posiadaną i dobrze sprawdzoną infrastrukturę PSTN, opartą na komutacji czasowej TDM, oraz sposób jej modernizacji. Nowi operatorzy (działający dzięki postępującej deregulacji usług i infrastruktury telekomunikacyjnej) mogą do razu wybrać nowe rozwiązanie sieci NGN do transmisji głosu i danych. W obydwu przypadkach wybranie niewłaściwej strategii migracji grozi utratą nie tylko klientów, ale i wyłożonych pieniędzy.

Architektura sieci NGN

Wzorem warstwowej koncepcji sieci inteligentnych IN, które dobrze sprawdziły się w realizacji, architektura sieci NGN również ma otwartą strukturę warstwową. Obecnie składają się na nią cztery warstwy funkcjonalne: dostępu, mediów (transportowa), sterująca i usług sieciowych. Są one połączone otwartymi interfejsami, co daje gwarancję elastyczności skalowania, przepływności i rozbudowy sieci w przyszłości. Cechą charakterystyczną otwartej architektury jest możliwość konfigurowania jej elementów, przy czym każdy z nich może ulegać zmianie, rozszerzeniu bądź nawet likwidacji.

W architekturze sieci następnej generacji całkowicie wyeliminowano separację głosu i danych, zastępując ją jednolitą pakietową siecią transportową, wspólną dla wszystkich przekazów multimedialnych (głos, dane, obraz). Jej kluczową cechą jest zdolność do świadczenia zarówno tradycyjnych usług, jak i zupełnie nowych, wszechstronnych, a zarazem prostych w stosowaniu przez użytkownika (niekoniecznie abonenta sieci) aplikacji czy usług. Obecnie funkcjonuje kilka rozwiązań traktowanych jako systemy telekomunikacyjne nowej generacji, chociaż nie wszystkie z nich zasługują na takie miano. Na szczególną uwagę zasługują dwa odrębne rozwiązania o zbliżonych cechach użytkowych: centrale serwerowe nowej generacji NGS i systemy przełączające typu Softswitch.

Centrale serwerowe

Serwer telefoniczny nowej generacji (NGS – Next Generation Switch) stanowi w istocie zmodernizowaną wersję centrali telefonicznej opartej na tradycyjnym przestrzenno-czasowym polu komutacyjnym, doposażonym w możliwość komutowania (przełączania) pakietów formowanych w technologii ATM lub IP (także ATM łącznie z IP).

Stosuje się nowoczesne rozwiązania platform sterująco-usługowych, które stanowią bramy medialne sieci, zachowując jednak tradycyjne sposoby komutowania czasowego TDM (Time Division Multiplexing) dla telefonii głosowej, uzupełnionego elementami komutacji pakietowej. Zasadniczą rolę w przełączaniu traktów danych pakietowych pełnią inteligentne komutatory ATM (czyli przełączniki) – mniej lub bardziej zintegrowane z centralą, nazywaną serwerem telefonicznym. Serwer telefoniczny jest wyposażony w inteligencję pozwalającą mu zdefiniować wiele podstawowych funkcji usługowych (tradycyjnych i nowych), a następnie realizować je przez sieć głosową lub sieć danych.

Takie rozwiązanie, mimo iż odbiega od pełnego teoretycznego modelu sieci nowej generacji NGN, łączy skutecznie transmisje przez sieci pakietowe z usługami dostępnymi w telefonii głosowej, stając się efektywnym sposobem rozbudowy cyfrowych systemów komutacyjnych. Ponadto daje możliwość wielokrotnego skalowania przepływności, dzięki przenoszeniu funkcji wywołań i usług za pomocą wydzielonych sieci pakietowych.

Przekazując funkcje sterowania usługami i obsługi wywołań do wydzielonych serwerów telefonicznych (lub innych), otrzymuje się nową jakość połączeniową – podobnie jak w sieciach inteligentnych, a więc niezależnie od stosowanej technologii komutacyjnej i transportowej. Pozwala to operatorom na rozwijanie sieci szkieletowej bez wpływu na funkcje sterowania i obsługi wywołań, co w praktyce oznacza brak potrzeby gruntownej wymiany dotychczasowego oprogramowania sterującego połączeniami. Tak zmodernizowane serwery telefoniczne stanowią pośredni etap między cyfrowymi systemami komutacyjnymi (które stanowią już prawie 100% wszystkich central głosowych), a rozwiązaniami następnej generacji.

Systemy komutacji Softswitch

Systemy przełączające typu Softswitch następnej generacji wraz z towarzyszącymi im bramami medialnymi (MGW – Media Gateway) są najnowszym rozwiązaniem centrum przełączania informacji w telekomunikacji. Pod pojęciem Softswitch należy rozumieć zmianę scentralizowanego modelu przełączania tradycyjnej sieci telekomunikacyjnej na system rozproszony, oparty na wielu komponentach sieciowych, współpracujących ze sobą przez otwarte interfejsy i protokoły komunikacyjne. Jest to system przełączania rozproszonego, ale zarządzanego z jednego miejsca w sieci.

Według skróconej definicji jest to element sieci telekomunikacyjnej zapewniający sterowanie połączeniami i realizujący funkcję mediacji między sieciami pakietowymi (ATM lub IP) i TDM. Węzeł sterujący systemu musi mieć najważniejsze cechy następnej generacji: elastyczność programowania nowych funkcji usługowych, łatwość rozbudowy sieci pod względem jej przepustowości, rozproszenie sprzętowo-programowe oraz realizację usług wyższego rzędu. Chociaż techniczne realizacje węzła sterującego Softswitch i jego różnorodnych funkcji są indywidualnie traktowane przez poszczególnych producentów sprzętu telekomunikacyjnego, to zasada działania systemu przełączającego jest identyczna.

W teleinformatycznej centrali przełączającej klasy Softswitch zawsze znajdują się co najmniej dwa podstawowe elementy: blok funkcjonalny (węzeł) Softswitch, stanowiący właściwe inteligentne centrum komutacji i zarządzania siecią, oraz bramy medialne (MGW) – będące elementami konsolidującymi różne mechanizmy transportowe sieci w ramach wspólnego rozwiązania bądź przez różne otwarte transportowe interfejsy komunikacyjne. Istotę samego centrum przełączania Softswitch stanowi rozległy system komutacji realizowany przez wysoko wydajną pakietową sieć szkieletową (IP/ATM), spełniającą w tradycyjnych rozwiązaniach funkcję przestrzenno-czasowej matrycy przełączającej.

W rozwiązaniu Softswitch pole komutacji nie jest więc zlokalizowane w jednym miejscu centrali przełączającej (jak to dzieje się w tradycyjnych rozwiązaniach z komutowaniem obwodów), lecz może być konfigurowane między oddalonymi obiektami komutacji, którymi są rozproszone bramy medialne lub dostępowe. Jest to niewątpliwie najbardziej istotna cecha sieci następnej generacji (NGN). Ważnym elementem rozwiązania jest sposób wydzielenia i przekazywania sygnalizacji, zapewniającej wzajemną współpracę bram MGW. Architektura sieci NGN, oparta na transporcie pakietowym, zawiera dwie warstwy: wydzieloną warstwę transportową i oddzielną warstwę do sterowania. Z kolei warstwa transportowa (czyli właściwa warstwa sieciowa) składa się z dwóch podsieci: szkieletowej (inaczej rdzeniowej) i dostępowej (również brzegowej), sama zaś technologia przekazu może być dowolnego typu.

Podstawą jest IP

W szkielecie sieci NGN przyjęto za standard przekaz w technologii IP bądź IP przez ATM (IP/ATM), z zapewnieniem sterowania przez istniejące rozwiązania zintegrowane (Call Serwer, Telephony Serwer, Call Agent, Media Gateway Controller, inne). Już dzisiaj technologia ATM umożliwia prowadzenie inżynierii ruchu w sieci (adresowanie, przekierowania, wybór trasy) oraz zarządzanie pasmem, natomiast IP jest częściej wybierany jako protokół taniej i efektywnej transmisji. Oparta na nim popularna usługa głosowa VoIP w połączeniach dalekosiężnych stanowi obecnie najtańszą alternatywę usług oferowanych przez sieci publiczne PSTN. W sieci dostępowej NGN, łączącej użytkownika ze szkieletem przez bramę medialną, można adaptować wiele współczesnych technologii dostępu: od analogowego (PSTN), przez cyfrowy ISDN, szerokopasmowy xDSL (Digital Subscribe Line), telefonię komórkową (GSM i UMTS), po dostęp radiowy LMDS (Local Multichanneel Distribution Services).

Optymalnym rozwiązaniem bram MGW (Media Gateway) jest komunikacja przez wiele otwartych interfejsów, zdolnych do komunikowania się zarówno z siecią transportową, jak i z zewnętrznym sprzętem telekomunikacyjnym użytkownika, pochodzącym od różnych producentów, także z wykorzystaniem tradycyjnego sprzętu opartego na technice multipleksowania z podziałem czasu (TDM), czyli przez centrale z komutacją łączy. Te ostatnie niewątpliwie pozostaną nadal – jako tradycyjne wyposażenie klienta w środowiskach sieci następnej generacji. Większość prostszych rozwiązań sieci NGN koncentruje się jedynie na instalacji węzłów Softswitch i bram medialnych ze sterowaniem, pomijając szereg innych wydzielonych elementów technicznych bądź modułów programowych współczesnych i przyszłych sieci. Wśród nich już można wyróżnić: moduły sygnalizacyjne SS7, bramy nadzorcze (gatekeeper) dla usług głosowych VoIP, działających z protokołem H.323 lub nowszym SIP (Session Initiation Protocol), wydzielone systemy taryfikacyjne czy też moduły odciążające publiczną sieć komutowaną PSTN.

Niektóre złożone elementy komunikacyjne przyszłych sieci NGN są już stosowane we współczesnych sieciach. Do tej kategorii należą: sprzęt techniczno-programowy sieci inteligentnych IN, wyposażenie sieci zarządzających TMN (Telecommunications Management Network) oraz różnorodny osprzęt dostępowy. Jest oczywiste, że elementy te również będą musiały przejść pewną ewolucję, aby osiągnąć pełnię możliwości oferowanych przez koncepcję sieci NGN, jednak poszczególne ich funkcje i przydatność do świadczenia usług multimedialnych zostały już praktycznie przetestowane.

Protokoły nowych sieci

Oprogramowanie platformy Softswitch nie jest dziedziczone z central tradycyjnych (tak jak to dzieje się w nowych rozwiązaniach sieci NGS). Platforma ta wymaga bowiem innych rozwiązań programowych, gdyż składa się z wielu rozproszonych elementów, połączonych wzajemnie w ramach spójnego rozwiązania sieciowego albo poprzez różnego rodzaju otwarte interfejsy komunikacyjne. Nowe oprogramowanie musi zapewnić sterowanie przełączaniem i kierowaniem pakietów odpowiadających połączeniom głosowym lub innym usługom medialnym między bramkami dostępowymi w całej sieci pakietowej – z wykorzystaniem informacji uzyskiwanych z wielu skojarzonych baz danych. To wcale nie jest prosta operacja. Bramy, węzły brzegowe i inne urządzenia dostępowe winny znajdować się wyłącznie na brzegu szkieletu sieci pakietowej.

Obecnie powstaje szereg specyfikacji programowych, często na wyrost nazywanych standardowymi, które konkurując ze sobą starają się uzyskać status standardu de facto. Przykładem jest, dotąd formalnie nie przyjęty jako standard, protokół MGCP (Media Gateway Control Protocol) do sterowania bramami ­medialnymi, rekomendowany przez IETF (Internet Engineering Task Force) i lansowany przez wielu dostawców sprzętu. Rywalizacja między środowiskiem internetowym, ­reprezentowanym przez IETF, a środowiskiem telekomunikacyjnym, wspomaga­­nym przez ITU-T (protokoły MGCP czy H.323), przerodziła się we współpracę, w wyniku której ostatecznie uzgodniono (w 1999 r.) protokół H.248/MEGACO do współpracy multimedialnej między węzłami nowej sieci NGN.

Standard MEGACO (Media Gateway Control) dotyczy punktów węzłowych sterowania bramami medialnymi, które zapewniają wyznaczanie ścieżek między sieciami komutowanymi i pakietowymi IP dla wszelkiego rodzaju mediów. Sterowane bramy medialne są sytuowane zwyczajowo na brzegu sieci publicznej w siedzibach klientów lub bezpośrednio w centrali telefonicznej. Sterowniki MGC pełnią rolę operatorów, kontrolujących liczne bramy MGW.

Realizacja sieci NGN

Sieci następnej generacji stanowią rozwiązania przyszłościowe – nie tylko na dziś, ale także „na jutro” – i jako takie ulegają ciągłym zmianom. Funkcje i zasadnicze elmenty tych sieci ustabilizowały się w latach 2003–2005. Dotyczyły one zagwarantowania właściwej jakości usług (QoS) oraz zapewnienia jakości klasy operatorskiej w sieciach IP. Dla tych sieci nadal brak uniwersalnych bram dostępowych o dużej przepływności i w rozsądnych cenach, gdyż standardy współdziałania ulegają ciagłym modyfikacjom. Duża różnorodność rozwiązań sieci NGN wynika z indywidualnego podejścia poszczególnych firm telekomunikacyjnych do realizacji przyszłych sieci współpracujących z Internetem. Także przyjmowana przez firmy terminologia wcale nie jest jednolita, stwarzając problemy z identyfikacją poszczególnych elementów sieci, nie mówiąc o oferowanych w nich usługach multimedialnych. Dotyczy to zarówno użytkowników terminali stacjonarnych, jak i coraz bardziej popularnych multimedialnych telefonów komórkowych z reaktywowaną aplikacją WAP (Wireless Application Protocol).

H.248/MEGACO zapewnia przełączanie wywołań głosowych, faksowych i multimedialnych między sieciami IP a publicznymi komutowanymi sieciami telefonicznymi (PSTN).

Zyskowność sieci telefonicznej na świecie systematycznie maleje (rocznie notowany jest spadek o 5–10% stacjonarnego trafiku telefonicznego), a mimo to ruch w sieciach tranzytowych i szkieletowych za sprawą Internetu nadal rośnie (ok. 100 proc. rocznie). Taki rozkład ruchu powoduje przeciążenia sieci i central tranzytowych. Stan ten wymaga podjęcia radykalnych rozwiązań komunikacyjnych – zasadniczo innych od dotychczas stosowanych. Większość liczących się operatorów telekomunikacji ma już obecnie dobrze rozwinięte sieci telefoniczne oraz praktycznie w całości cyfrowe (64 kb/s) systemy komutacji łączy. Są to inwestycje, których nie można nagle przekreślić. Aby zapewnić ich rentowność i dalszy rozwój tej branży, poszczególne korporacje telekomunikacyjne podejmują więc intensywne środki zaradcze, zwiększające wydajność infrastruktury poprzez ich ewolucję w kierunku sieci NGN, dostarczających wiele usług jednocześnie.

Nowi, dopiero wchodzący na rynek operatorzy – nie obarczeni starszą infrastrukturą telekomunikacyjną – rozwijają przyszłe sieci NGN „od zera”, bez konieczności ewolucji bazy sieciowej w technologii komutowania łączy ze zwielokrotnieniem w czasie (TDM). Najpierw instalują wielousługowe węzły dostępowe, z usługami POTS/ISDN/ADSL, transportowanymi przez sieci w technologii TDM/ATM/DWDM, a następnie planują wykorzystanie technologii IP/ATM. Rozwiązaniem docelowym jest instalacja zintegrowanych bram dostępowych i serwerów dostępowych oraz rozbudowanych węzłów klasy Softswitch – dostarczających nie tylko tradycyjne funkcje usługowe lokalnej centrali (przeznaczone do obsługi ruchu telefonicznego), ale także multimedialne przekazy danych przez sieci IP/MPLS (Multiprotocol Label Switching).

Węzeł lub węzły usługowe Softswitch (czyli serwery usług i sterowania) znajdują się ponad warstwą połączeniową. Część z nich steruje połączeniami telefonicznymi w sieci, inne zarządzają przebiegiem wideokonferencji, usługami e-commerce czy telewizją na żądanie (VOD – Video on Demand). Dodanie nowej usługi w sieci oznacza po prostu dodanie nowego serwera z potrzebnymi usługami (bądź doposażenie istniejącego serwera w nowe funkcje programowe), który współpracując z warstwą połączeniową udostępnia tę usługę upoważnionym użytkownikom sieci. Pomimo że kierunek rozwiązań NGN i oferowanych przez nie funkcji jest na ogół zbieżny dla różnych rozwiązań firmowych, ich konkretna realizacja jest odmienna. Obecnie dominują dwa modele rozszerzania: zintegrowany i rozproszony – stanowiący docelowe rozwiązanie sieci NGN.