Лекции. 1. информационные сети. Основные понятия становление информационных сетей
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
7.3. Архитектурные особенности сетей 3G Совершенствование сетей мобильной связи, призванное обеспечить им прочные позиции в длительной перспективе, за- тронули системную архитектуру и технологии передачи данных в нисходящем и восходящем направлениях. Соответствующие изменения, оформленные в концепцию 87 «эволюции системной архитектуры» (SAE – System Architecture Evolution, англ.), выпущены консорциумом 3GPP (Third- Generation Partnership Program – программа партнерства тре- тьего поколения [сетей мобильной связи], англ.) летом 2006 года. Позже эта концепция переименована организацией 3GPP из SAE в EPS (Evolved Packet System Architecture – системная архитек- тура с выделением пакетов, англ.). Основная задача, которую преследовал консорциум 3GPP при разработке новой архитектуры сетей мобильной связи, состо- яла в создании технологической основы для совершенствования коммуникационной инфраструктуры. Ориентация на пакетную передачу голоса привела к тому, что при разработке SAE/EPS упор был сделан на технологию пакетной коммутации. Разработчикам новой архитектуры предстояло обеспечить работоспособность новых радиоинтерфейсов; предложить вари- ант перехода к сети, целиком базирующейся на протоколе IP; до- биться поддержки мобильности и непрерывности сервисов в ге- терогенной среде доступа. Кроме того, новая архитектура должна поддерживать HANDOVER с сетями передачи данных, описан- ными в документах 3GPP, и мобильность при перемещении або- нента между сетями, которые могут, как соответствовать, так и не соответствовать спецификациям 3GPP. Последняя задача потре- бовала дополнительного согласования протоколов. В сети с архитектурой SAE применяются узлы только двух типов – базовые станции и шлюзы доступа. В функциональном отношении ядро сети SAE включает в себя четыре основных компонента: Модуль управления мобильностью (MME – Mobility Man- agement Entity, англ.) обеспечивает: хранение служебной инфор- мации об абоненте и управление ею; генерацию временных иден- тификационных данных; авторизацию терминальных устройств в наземных сетях мобильной связи; общее управление мобильностью. Модуль управления абонентом (UPE – User Plane Entity, англ.) отвечает за разрыв нисходящего соединения, шифрование данных, маршрутизацию и пересылку пакетов. «Якорь 3GPP» играет роль своеобразного шлюза между 88 сетями 2G/3G и LTE. Функции «Якоря SAE» аналогичны функциям «Якоря 3GPP», но служат для поддержки непрерывности связи при пе- ремещении абонента между сетями, соответствующими и не со- ответствующими спецификациям 3GPP. Последние два компонента представляют собой новые эле- менты архитектуры ядра сети мобильной связи, обязанные своим появлением требованию поддержки мобильности при перемеще- нии абонента между сетями разных типов. Функциональные элементы архитектуры SAE физически могут совмещаться либо распределяться по сети в зависимости от особенностей применяемых продуктов и самой сети. Например, «якорь 3GPP» допустимо размещать вместе с модулем управле- ния абонентом, но это не является обязательным требованием. Так же модули MME и UPE могут быть совмещены либо нахо- диться в разных узлах сети. Как отмечают разработчики SAE, предложенные ими ар- хитектурные изменения в перспективе позволят значительно уменьшить задержки передачи данных, которые особенно кри- тичны для таких приложений, как VoIP 32 или онлайновые ин- терактивные игры. Как ориентир, для коротких IP-пакетов и не- большой сетевой нагрузки суммарная задержка при обращении пакета по сети LTE/SAE должна составлять около 5 мс для по- лосы 5 МГц и свыше 10 мс для меньшей полосы. Эти значения значительно лучше аналогичных показателей современных се- тей 3G. 8. СЕТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПУТНИКОВЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ Основой создания широкополосных спутниковых мульти- сервисных сетей (СМС) явились новые возможности преобразо- вания и передачи сигналов в цифровой форме, обусловленные конвергенцией телекоммуникационных систем, позволившей пе- 32 VoIP – Voice over Internet Protocol (пакетная передача голосовых сооб- щений с использованием протокола IP, иначе– IP-телефония). 89 редавать информацию различного вида в единой форме. В настоящей главе под широкополосной СМС понимается сеть с использованием спутниковых каналов связи, которая мо- жет передавать мультимедийный поток, то есть комбинацию из двух или нескольких компонентов (звук, видео, данные) с син- хронизацией хотя бы двух из них между собой [14]. Каналы связи называются мономедийными, если они передают только один из перечисленных компонентов. Каналы, по которым передаётся мультимедийный поток, то есть передаются звук, дви- жущиеся или неподвижные изображения, данные в виде текстовых и графических файлов, а также комбинации двух или более из пере- численных компонентов, принято называть мультимедийными. В общем случае, мультисервисные услуги можно обеспе- чить одним из двух способов (рис.8.1): передавая множество параллельных мономедийных пото- ков, поддерживая при этом необходимую синхронизацию на тер- миналах; создавая один мультимедийный поток, одновременно производя все необходимые действия с индивидуальными муль- тимедийными компонентами на терминалах. Рис.8.1. Варианты предоставления мультисервисных услуг посредством СМС В широкополосных СМС существует несколько служб пе- 90 редачи данных. Во-первых, службы передачи данных с архитек- турой «точка-точка»: без установления соединения, позволяющие осуществ- лять обмен информацией между пользователями без процедуры установления соединения; с установлением соединения, при котором сеанс связи включает три стадии: установление соединения, передача дан- ных, разрыв соединения. Во-вторых, службы передачи данных с архитектурой «точка – много точек», представляющей собой структуру связи, при ко- торой происходит однонаправленное распространение информа- ции от одного источника (который и сам может быть точкой до- ступа – ретранслятором) к определенному числу точек доступа, называемых пунктами назначения. В-третьих, службы передачи данных с архитектурой «много точек – много точек» без установления соединения. В-четвертых, вещательные службы передачи с архитектурой «точка – все точки» без установления соединения (BRO–CLBS). Здесь структура связи предполагает однонаправленное распро- странение информации к неопределенному количеству точек до- ступа, связанных сетью. В общем случае в спутниковых сетях связи можно выделить три основных сегмента: космический сегмент, состоящий из одного или несколь- ких спутников, центра управления спутниками и связанных с ни- ми станций передачи/приема телекоманд, телеметрии и опреде- ления расстояний до спутников; пользовательский сегмент, состоящий из нескольких ти- пов терминалов, обеспечивающих функции доступа к спутнику; наземный сегмент, состоящий из одного или более цен- тров управления сетью и станций сопряжения, которые обеспе- чивают взаимодействие с наземной телекоммуникационной ин- фраструктурой (например, наземной базовой сетью). На рис.8.2. показана структура одной из наиболее известных спутниковых систем – Globalstar [15]. Космический сегмент си- стемы Globalstar представляет собой группировку из 48 низкоор- 91 битальных спутников со следующими характеристиками: число орбит – 8; высота орбит – 1414 км; наклонение – 52 градуса; число космических аппаратов, одновременно обслужи- вающих территорию России, – не менее 4; число спутников на одной орбите – 6. Рис.8.2. Общая структура спутниковой системы Globalstar 92 Каждый спутник содержит антенный комплекс, формирую- щий 16 лучей, создающих на поверхности Земли зону обслужи- вания диаметром в несколько тысяч километров, внутри которой возможна коммутация на любую CDMA-несущую с шириной по- лосы развертывания 1,25 МГц. Благодаря низкой орбите спутников задержка сигнала и его искажения минимальны. Особенность спутниковой системы Globalstar в том, что она не требует сложных и мощных пользо- вательских терминалов и наземных станций. Это позволяет ис- пользовать портативные пользовательские терминалы, сопоста- вимые по размерам с обычными сотовыми телефонами. Пользовательский сегмент состоит из портативных (ПАУ), мобильных (МАУ) и стационарных (САУ) абонентских устройств, использующихся для передачи голоса, данных и опре- деления местоположения. Различают одно-, двух- и трехмодовые устройства. Одномодовые устройства используют только для до- ступа к системе Globalstar. Двух- и трехмодовые устройства, по- мимо этого используются также для доступа к наземным сотовым или другим мобильным радиосетям. Наземный сегмент состоит из станций сопряжения, центра управления наземным сегментом (ЦУНС), центра управления кос- мическим сегментом (ЦУКС), телекомандного оборудования, сети передачи данных и центров управления поставщиков услуг (ЦУПУ). Станции сопряжения обеспечивают взаимодействие спутни- ковой системы подвижной связи и наземных кабельных и мо- бильных сетей. Большое количество таких станций, установлен- ных по всему миру, гарантирует непрерывное обслуживание поль- зователей. ЦУНС планирует и контролирует использование ресур- сов спутников (каналов, ширины полосы частот и т. п.) станциями сопряжения и взаимодействует с ЦУКС. Наземный центр также управляет сетью передачи данных и станциями сопряжения. ЦУКС через телекомандные устройства следит за работо- способностью спутников и состоянием их орбит. Он обрабатыва- ет, отображает в реальном времени и проверяет на соответствие параметрам данные телеметрии, поступающие со спутников; в случае несоответствия требованиям выдает отчет об отклонени- 93 ях. ЦУКС также распределяет и корректирует положение посто- янных орбит посредством команд, передаваемых на спутники. Телекомандное оборудование, расположенное на отдельных станциях сопряжения, обеспечивает прием телеметрии и управ- ление спутниковой группировкой. Сеть передачи данных GDN (Globalstar Data Network) служит для обеспечения связи между частями наземного сегмента системы (управляется и контролиру- ется ЦУНС) и предоставляет широкий спектр возможностей для связи станций сопряжения, ЦУНС, ЦУКС, телекомандного обо- рудования и делового офиса системы Globalstar. Схема организа- ции связи такова, что все вызовы (как местные, так и междуна- родные) обрабатываются и коммутируются в наземной станции сопряжения с последующей передачей в телефонную сеть общего пользования. Это обеспечивает связь с абонентскими терминала- ми Globalstar и другими наземными телефонными и сотовыми се- тями, причем перечень услуг, предоставляемых местными опера- торами связи, не дублируется, а дополняется. Станция сопряже- ния подключает спутниковую сеть к наземной сети мобильной связи, например, такой как AMPS или GSM, или непосредственно к АТС местной телефонной сети посредством стандартного кана- ла, поддерживающего различные типы протоколов. Наземный сегмент на территории России включает три станции сопряжения (Москва, Новосибирск, Хабаровск), обеспе- чивающих около 98 % охвата территории России южнее 70-й па- раллели с гарантированным качеством обслуживания. Каждая станция сопряжения связана с сетью общего пользования страны и может быть интегрирована с действующими стационарными и сотовыми сетями России. Каждая станция включает в себя антен- ную площадку с четырьмя антенными комплексами – АК (диа- метр антенны 5 м); приемопередающую радиоаппаратуру, а так- же оборудование для маршрутизации и коммутации вызовов (от- вечает за земную связь, в том числе за GSM-связь). Коммутационное и канальное оборудование связано волокон- но-оптическими линиями с антенной площадкой. Оно осуществля- ет передачу и прием сигналов CDMA на промежуточной частоте. Программно-аппаратный комплекс управления оборудова- 94 нием станции сопряжения обеспечивает не только визуализацию сети в целом, но и оперативное отслеживание спутников, рабо- тающих в данный момент с антеннами станции сопряжения. В число функций программного обеспечения управления входят формирование ежесуточных отчетов о возникающих неисправно- стях, работе антенных комплексов, активности абонентов и мно- гое другое. Все российские станции сопряжения соединены меж- ду собой магистралями, по которым и проходит внутренний тра- фик российского сегмента Globalstar. Система Globalstar для передачи данных в обоих направле- ниях использует радиоканал с технологиями CDMA или ТDМА/FDMA, абонентские линии и фидерные линии. Абонентские линии обеспечивают передачу между спутни- ками и конечными пользователями мобильных терминалов; фи- дерные линии – передачу сообщений пользователя между спут- никами и наземными базовыми станциями. Сегмент пользователя образуют абонентские терминалы не- скольких типов: портативные (трубка в руке), аналогичные сотовым телефонам; мобильные (устанавливаемые на подвижном средстве); стационарные телефонные аппараты, концентраторы, таксофоны. Выпускаются портативные и мобильные абонентские тер- миналы, предназначенные как для работы только в системе Globalstar, так и для работы в системе Globalstar и сотовых сетях. Это - трехмодовые терминалы, позволяющие работать в системах Globalstar, АМРС и CDMA, двухмодовые терминалы для работы в системах Globalstar и GSM и одномодовые терминалы предна- значенные только для системы Globalstar. Российский сегмент системы Globalstar (РССГлобалстар) – это мультисервисная спутниковая мобильная сеть ЗАО «Глобал- Тел». Единая тарифная зона обслуживания РССГ охватывает тер- риторию 11 стран, включая северные и восточные моря, часть ак- ватории Тихого океана. В настоящее время абоненты ГлобалТел получают 26 видов услуг связи, используя 14 различных моделей спутниковых або- 95 нентских терминалов. Большинство моделей этих терминалов яв- ляются многорежимными и обеспечивают работу не только в спут- никовом, но и в режимах GSM900, AMPS800; при этом переход из одного режима в другой может производиться автоматически. Мультисервисная сеть ГлобалТел интегрирована в телефон- ную сеть общего пользования России с федеральным кодом 954. Через магистральную сеть Ростелекома и Межрегионального ТранзитТелекома (МТТ), РССГ обеспечивает двусторонний ро- уминг с сотовыми сетями. Ведомственные и корпоративные сети связи сопрягаются с РССГ через магистральную сеть Ростелеко- ма по общим каналам телефонной сети общего пользования или по выделенным каналам напрямую к станциям сопряжения. Телематические услуги передачи данных и коротких сооб- щений обеспечивают корпоративным заказчикам реализацию эффективных решений по созданию подсетей передачи телемет- рической информации от мобильных и стационарных объектов, систем мониторинга и контроля состояния технологических объ- ектов, систем управления движением на транспорте и др. Особенность использования спутников в СМС состоит в том, что их зоны обслуживания могут покрывать большие по- верхности суши и океана, а также могут быть контурными для охвата конкретной территории. Кроме того, спутники могут иметь широкие полосы стволов, что дает возможность использо- вать эти стволы для обеспечения мультисервисных и вещатель- ных услуг по схемам «точка – точка» и «точка – много точек» при распространении информации от одного источника к одному или ко многим пунктам назначения. При этом интерактивность может быть достигнута или через спутник, или через наземную сетевую инфраструктуру (например, через коммутируемую теле- фонную сеть общего пользования). Кроме использования спутников в международных и маги- стральных линиях связи, они могут использоваться в региональ- ных линиях связи, в базовых сетях, распределительных сетях и сетях доступа. Что касается IP-сетей, включая Internet, то в них спутники могут использоваться во всех частях глобальной IP-сети (базовые 96 сети, распределительные сети и сети доступа). Распределительная сеть является промежуточной IP подсетью, соединяющей базо- вую сеть и сеть доступа. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Служба тематических толковых словарей «Glossary Commander». ( http://www.glossary.ru ). 2. Жигадло В.Э. Архитектура телекоммуникационных сетей. – СПб: Военный университет связи, 1999. – 388 с., ил. 3. ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН О СВЯЗИ РФ. В редакции от7 июля 2003 года №126-ФЗ (с изменениями от 23 декабря 2003 г., 22 августа, 2 ноября 2004 г., 9 мая 2005 г., 2 февраля, 3 марта, 26, 27 июля 2006 г., 9 февраля 2007 г.) Принят Государственной Думой 18 июня 2003 года. Одобрен Советом Федерации 25 июня 2003 года. 4. Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. – 608 с., ил. 5. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, тех- нологии, протоколы. – СПб: Изд-во «Питер», 2007. – 960 с., ил. 6. Кузнецов С. Открытые системы, процессы стандартизации и про- фили стандартов ( http://citforum.nov.ru/database/articles/art_19.shtml ). 7. Черняк Л. ЦОД в стиле SONA. Электронный журнал «Computerworld», 10.05.2006г., №17.( http://www.osp.ru/cw/index.html ). 8. Альперович М. Еще раз об архитектуре «клиент-сервер». «Компьютер-Информ». 1997г., № 2 9. Гольдштейн Б.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. – М.: Радио и связь, 2005. - 502 с. 10. Плешаков В. CISCO Internetworking Technology Overview. Сер- вер Марк-ИТТ. ( http://www.citforum.ru/nets/ito/index.shtml ). 11. Обзор протоколов ИВС. ( http://cdo.bseu.by/library/ibs1/toppage2.htm ). 12. Иванов П. Горизонты эволюции 3G: архитектурные аспекты. Электронный журнал «Сети», 18.12.2007г., № 16. 13. ( http://www.osp.ru/nets/2007/16/4626460/ ) Мобильный WiMAX/ 14. Ермилов В.Т. Введение в широкополосные спутниковые муль- тисервисные (ШСМ) сети: концептуально-правовые вопросы. |