Расчет оборудования мультисервисных сетей связи

Москва
Горячая линия – Телеком
2014

УДК 004.72(075)+621.391.052(075) 
ББК 32.882 
     Р54 
 
Р е ц е н з е н т :   канд. техн. наук, доцент В. Ю. Деарт 
 
А в т о р ы :  канд. техн. наук, доцент Е. Е. Маликова; канд. техн. 
наук, доцент Ц. Ц. Михайлова; канд. техн. наук, профессор   
А. П. Пшеничников  
 
Р24
Расчёт оборудования мультисервисных сетей связи. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине 
«Системы коммутации». – 2-е изд., испр. – М.: Горячая линия – 
Телеком, 2014. – 76 с.: ил. 
ISBN 978-5-9912-0419-4.  
Изложены основные принципы построения мультисервисных сетей 
связи на базе   концепции NGN,  подробно описаны протоколы сигнализации в этих сетях. Рассмотрен пример  проектирования фрагмента 
мультисервисной сети связи на существующей городской телефонной 
сети. Приведены примеры расчетов  интенсивности нагрузки, транспортного ресурса  и  объема оборудования мультисервисной сети связи. 
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 
210700 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». 

ББК 32.882 

Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 

Учебное издание 

Маликова Елена Егоровна, Михайлова Цырегма Цыренжаповна,  

Пшеничников Анатолий Павлович 
 
РАСЧЁТ ОБОРУДОВАНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ.  
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ  
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ» 
2-е издание, исправленное 
Редактор  Ю. Н. Чернышов 
Компьютерная верстка  Ю. Н. Чернышова 
Обложка художника  О. В. Карповой 
 
Подписано в печать  28.02.2014.  Формат 6088/16. Уч. изд. л. 4,75.  Тираж 500 экз. (1-й завод 100 экз.) 
ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» 
 
ISBN 978-5-9912-0419-4                             © Е. Е. Маликова, Ц. Ц. Михайлова, 
А. П. Пшеничников, составители, 2014  
                                                          © НТИ «Горячая линия – Телеком», 2014 

Введение

Концепцию сетей последующих поколений (NGN, Next Generation Networks) Международный союз 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 [5]. 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. B 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 и др.
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 [10, 11].

Основы концепции сетей
последующих поколений NGN

1.1. Функциональная модель NGN

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от
друга функций переноса и коммутации (прозрачной передачи информации пользователя между сетевыми окончаниями без какого-либо
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 (управления вызовами);
• 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 активации абонентов и услуг, техобслуживания,
биллинга и другие эксплуатационные задачи.

Основы концепции сетей последующих поколений NGN
5

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 IP (Internet Protocol) 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).
Важнейшей функцией программного коммутатора является обеспечение корректного взаимодействия с сетями с коммутацией каналов
(ТфОП, СПСС поколения 2G). B этом случае программный коммутатор работает в качестве контроллера транспортных шлюзов MGC
(Media Gateway Controller). MGC обеспечивает сопряжение сетей по
сигнализации и управляет транспортными шлюзами. Каждый MGC
понимает и обрабатывает сигнализацию сетей с коммутацией каналов:
ОКС №7 (ISUP), DSS1 (Q.931), протокол V5.2. Если сигнальные каналы могут быть физически подключены к MGC, например с помощью
потоков Е1, то проблем с их обработкой 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 окончание звеньев сигнализации 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).
Транспортные (транкинговые) шлюзы должны:
• обеспечивать прием аудиопотоков из сетей с коммутацией каналов;

Р а з д е л 1

Основы концепции сетей последующих поколений NGN
7

• 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 (СCПС) 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. B этом
случае транкинговый шлюз выполняет также и роль 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. B эти шлюзы также могут включаться цифровые абонентские линии ISDN, к которым подключается терминальное оборудование базового доступа BRA (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). B состав 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 нагрузки, топологии первичной сети (если таковая уже существует), наличия помещений для установки, технологических показателей оборудования, предполагаемого к использованию.

Р а з д е л 1

Рис. 1.2. Структура мультисервисного узла доступа MSAN

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 подключает оборудование сети доступа интерфейса V5.2,
LAN либо УПАТС, то зона обслуживания шлюза включает в себя и
зоны обслуживания подключаемых абонентов.
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 только 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 Server), в качестве которых могут выступать как традиционные платфор

Основы концепции сетей последующих поколений NGN
9

мы интеллектуальной сети SCP, так и различные открытые сервисные
платформы (OSP, OSA/PARLAY) [3].
Для передачи речи по сети с коммутацией пакетов организациями
МСЭ-Т и IETF (Internet Engineering Task Force) разработаны стеки
протоколов H.323 и SIP (Session Iinitiation Protocol). Стек протоколов H.323 предложен МСЭ-Т в рекомендации H.323. Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями с коммутацией каналов.
Протокол SIP широко
применяется для предоставления мультимедийных услуг. Одной из
важнейших особенностей протокола SIP является его независимость
от транспортных технологий. Основными протоколами сигнализации
взаимодействия между Softswitch являются SIP-T и BICC.
В настоящее время задачи первого этапа реализации концепции
NGN успешно решены, в том числе в России: на сетях работают программные коммутаторы самых разных производителей (Alcatel-Lucent,
Huawey, Iskratel, «Протей» и др.).

1.3. Второй этап реализации концепции NGN

На втором этапе реализации концепции NGN решаются задачи
конвергенции фиксированных (стационарных) сетей и сетей сотовой
подвижной связи (мобильных). B качестве базовой архитектуры для
конвергенции этих сетей рабочими группами 3GPP (3rd Generation
Partnership Project) [2] и TISPAN (Telecommunications and Internet
converged Services and Protocols for Advanced Networking) [7] рекомендована мультимедийная подсистема на базе протокола IP — IMS (IP
Multimedia Subsystem).
Идеей построения мобильной сети на базе IP-технологий первоначально занималась группа 3GPP [6]. Она разработала технологию
GPRS, которая впоследствии положила начало разработке архитектуры IP-сети в СПСС. B 2001 г. рабочая группа 3GPP представила
Release 4, в котором появились элементы архитектуры ALL-IP («Всё
в IP»). B 2002 году в Release 5 появился первоначальный вариант
архитектуры, названной IMS, и добавилась технология высокоскоростной пакетной передачи данных. B Release 6 в архитектуре IMS появилась поддержка беспроводных локальных вычислительных сетей
WLAN (Wireless Local Area Network). Рабочая группа TISPAN доработала архитектуру, предложенную 3GPP, добавив элементы для
взаимодействия с широкополосными сетями. Release 7 3GPP добавил
поддержку фиксированных (стационарных) сетей.

Принципы построения
мультисервисных сетей связи
на базе платформы IMS

2.1. Функциональная архитектура подсистемы
передачи мультимедийных сообщений

В концепции NGN/IMS определяются не узлы сети, а функции,
которые могут быть реализованы на одной или нескольких аппаратных платформах [4, 19]. Это означает, что IMS-архитектура, как и
архитектура Softswitch, также представляет собой набор функций,
соединенных стандартными интерфейсами. Архитектура МСС на базе подсистемы передачи мультимедийных сообщений (IMS) содержат
следующие уровни (рис. 2.1):
• уровень доступа и транспорта;
• уровень управления сессиями;
• уровень услуг и приложений.
Уровень доступа и транспорта включает терминальное оборудование сети доступа с различными технологиями (Wi-Fi, WiMAX,
GPRS, xDSL, PON и др.), единую транспортную IP-сеть и медиашлюзы (MGW).
Уровень управления сессиями включает ядро сети IMS, сервер
пользовательских данных HSS (Home Subscriber Server) и сигнальные
шлюзы.
Базовым элементом опорной сети архитектуры IMS являются
функция управления сеансами CSCF (Call Session Control Function)
которая, реализуется на SIP-сервере.
Модуль CSCF включает три
основных блока, которые составляют ядро сети IMS: Proxy CSCF,
Interrogating CSCF и Serving CSCF.
Proxy CSCF (P-CSCF) — посредник для взаимодействия с абонентскими терминалами, через него в систему IMS поступает весь пользовательский трафик. P-CSCF принимает запрос от/или к терминалу и маршрутизирует его к элементам ядра IMS. Обслуживаемый
терминал пользователя закрепляется за P-CSCF при регистрации в
сети на все время регистрации. Модуль P-CSCF реализует функции,