Sítě nové generace - NGN

Autor: J. Rudinský <rudinsj(at)fel.cvut.cz>, Pracoviště: České vysoké učení technické v Praze, FEL, Téma: Aplikace a služby, Vydáno dne: 04. 05. 2006

Zkratku NGN (Next Generation Network) již slyšelo mnoho z Vás, ale co si pod ní představit? Článek přibližuje vývoj telefonních a datových sítí směrem k sítím nové generace (NGN), uvádí jejich vlastnosti a zmiňuje výhody a nevýhody těchto sítí.


Next Generation Network
Abstract
NGN shortcut (Next Generation Network) is known to all, but what we imagine when we hear it? This article brings closer development of phone and data networks towards new generation networks (NGN), describes its features and shows advantages and disadvantages of those networks.


Vývoj telefonních a datových sítí

V ne tak dávné minulosti byly telekomunikační sítě tvořeny dvěma samostatnými typy sítí. Byly to jednak klasické telefonní sítě, sloužící přednostně pro přenos hovorového signálu a datové sítě, určené pro přenos dat. Obě dvě sítě se vyvíjely odděleně, nezávisle na sobě.

Telefonní sítě jsou založeny na principu časového dělení (TDM), kde jsou kanály pro jednotlivé uživatele vysílány opakovaně po sobě a na principu spojování okruhů, které rezervuje spojení mezi účastníky po celou dobu jeho trvání. Telefonní sítě jsou obecně označovány zkratkou PSTN (Public Switched Telephone Network) a vyvinuly se z původních analogových sítí na pozdější digitální sítě ISDN (Integrated Services Digital Network). Primárně jsou určeny pro přenos telefonního signálu, ale nabízejí další služby pro přenos textu, obrazu, videa a také dat.

Datové sítě byly od počátku vyvíjeny pro elektronický přenos dat. Vyvíjeli se nejprve samostatně, jako izolované lokální sítě, které byly následně propojovány s využitím modemů přes telefonní síť. Avšak vývoj datových sítí byl velice rychlý a postupně došlo k přímému propojení jednotlivých sítí v rámci celosvětové datové sítě - Internetu.

Pokud porovnáme oba typy sítí, zjistíme základní odlišnosti. Telefonní sítě vytvářejí spojení, které je udržováno po celou dobu hovoru. A to i v okamžicích, kdy není přenášen žádný užitečný obsah (například uživatel nemluví) a tím je blokováno využití kanálu pro ostatní účastníky. Tento problém je v datových sítích vyřešen paketovým přenosem. Pokud uživatel odesílá nebo přijímá data, je tato informace uložena do paketů a přenášena sítí. V případě klidu je přenosové médium volné a může být využito jiným účastníkem. Z výše uvedéného vyplývá efektivnější využití přenosových cest při použití paketového přenosu. Druhou odlišností, tentokráte ve prospěch telefonních sítí, je spolehlivost přenosu informace. Jelikož jsou okruhy rezervovány pro dané spojení, je zaručena jeho průchodnost a díky vlastnostem telekomunikačních zařízení také další parametry, jako zpoždění či konstantní šířka pásma. Naproti tomu v datových sítích, které pracují na principu snahy o nejlepší možnou kvalitu (best-effort), nejsou tyto parametry zaručeny a informace nemusí vždy dorazit k cíli.

Sítě nové generace

Sloučením vlastností telefonních a datových sítí (založených na IP) a využitím výhod obou vzniká síť nové generace - NGN (Next Generation Network). Hlavními znaky NGN je paketový přenos informace a poskytování řady telekomunikačních služeb (telefonní, textové, obrazové, audio, video a data).

NGN_1

Obr. 1 Sloučení telefonních sítí představovaných digitální sítí ISDN a mobilní sítí PLMN s datovými sítěmi převážně založenými na IP technologii.

Formální definice NGN vydaná organizací ITU (ITU-T Y.2001) zní:

"Next Generation Network (NGN): a packet-based network able to provide telecommunication services and able to make use of multiple broadband, QoS-enabled transport technologies and in which service-related functions are independent from underlying transport-related technologies. It offers unrestricted access by users to different service providers. It supports generalized mobility which will allow consistent and ubiquitous provision of services to users."

Tato definice říká, že NGN je vysokorychlostní paketová síť. Vysokorychlostní síť, neboli síť s velkou propustností využívá paketový přenos, nejčastěji založený na IP protokolu, a to jak v páteřní, tak v přístupové síti (WiFi, WiMAX, 3G).

NGN zaručuje kvalitu poskytovaných telekomunikačních služeb (QoS). Tyto služby jsou nezávislé na přenosové technologii a mohou být nabízeny různými poskytovateli. NGN také zaručuje volný pohyb uživatelů v síti, což umožní nepřetržité využívání služeb.

Dalším z charakteristických znaků NGN je oddělení nejnižší transportní roviny, nesoucí uživatelská data (představovaná například vzorky hovorového signálu), od roviny řízení, která má na starosti sestavování spojení v síti, dohled, případně údržbu. A také vrstva řízení je oddělená od nejvyšší tzv. aplikační roviny, představující služby nabízené jednotlivými poskytovateli. Oddělení těchto rovin umožňuje nabízet uživatelům služby od různých poskytovatelů v rámci jedné sítě, aniž by tito museli být jejími vlastníky. (Tím je operátor, který danou síť pronajímá.)

NGN_2

Obr. 2 Oddělení rovin přenosu, řízení a služeb v NGN.

Architektura NGN

Oddělení aplikací, řízení a samotného přenosu se projeví také v architektuře. Ideální nebo také úplná architektura NGN sítí se tak dá rozdělit do tří hlavních domén. Služby jsou zajišťovány aplikačními servery, které tvoří samostatnou doménu (někdy také označovanou jako IP Multimedia Subsystem - IMS), připojenou do páteřní IP sítě. Řízení je soustředěno do spolehlivých serverů (softswitch), rovnoměrně rozmístěných v síti. Samotná přenosová část sítě je realizována klasickou IP technologií. Výhodou této architektury je její snadná rozšiřitelnost a přizpůsobení požadovaným podmínkam a také menší počet řídích prvků.

V současné době však musí NGN architektura počítat také se stávajícími sítěmi pracujícími na bázi časového dělení a spojování okruhů (ISDN, PLMN) a umožňovat vzájemnou spolupráci. Z tohoto důvodu obsahuje NGN architektura kromě aplikačních, řídících a čistě transportních prvků také brány (Gateway). Brána je zařízení, které převádí informace z paketové oblasti do oblasti pracující s časovým dělením (nejčastěji z IP do TDM). Existují dva základní typy bran - pro převod uživatelské informace a pro převod řídící informace (signalizace). Brány používané pro převod uživatelské informace (hovorových dat) se nazývají MGW (Media Gateway) a provádí konverzi mezi různými typy kódování a také převod informace z a do paketů. Pro převod signalizace se využívají signalizační brány SGW (Signalling Gateway) převádějící signalizace v paketových sítích jako jsou SIP, H.323, MGCP nebo H.248/MEGACO na signalizace používané ve veřejných telefonních sítích, nejčastěji představované SS7, ISDN. Řídící prvky v tomto typu NGN sítě představují MGC (Media Gateway Controller). Prvek koordinující činnost celého systému. MGC komunikuje s signalizačními bránami, registruje pod sebe a nadále spravuje jednotlivé MGW v síti a řídí spojování toků mezi nimi.

NGN_3

Obr. 3 Architektura konvergovaných NGN řešení.

Otázkou, kterou je potřeba vyřešit v tomto konvergovaném typu sítí, je právě spolupráce signalizačních protokolů a zajištění požadované kvality pro přenos uživatelské informace.

Výhody NGN

Hlavní výhodou zavedení sítí nové generace je vytvoření jednotné komunikační sítě pro všechny typy služeb. To umožní provozovatelům snížit náklady na provoz a údržbu sítě.

Vytváření stále nových služeb a jejich implementace v síti bude pro poskytovatele jednodušší a levnější a tím se stanou atraktivnější pro zákazníky. Největší výhodou pro koncové uživatele NGN však bude možnost využití různých typů služeb pomocí jediného terminálu. Vývoj v těchto sítích totiž směřuje ke konvergenci služeb a k přesunu "inteligence" směrem od jádra sítě na její okraj, do terminálů. Jako první zástupce telekomunikačních služeb přecházejících do světa paketových sití je služba telefonní. Samotný přenos hovorového signálu prostřednictvím IP sítí se označuje jako VoIP (Voice over IP). Širším termínem používaným v současné době je takzvaná IP telefonie (IPT) zahrnující další služby, jako jednotné předávání zpráv (e-mail, fax a hlasová schránka) či okamžité předávání zpráv a zjišťování přítomnosti uživatelů. Ale o tom se dozvíte více v navazujících článcích.

Literatura

[1] ITU-T Recommendation Y.2001
[2] Dusil, Petr: NGN: fikce nebo realita? KONVERGENCE 12/2004
[3] http://www.iec.org/online/tutorials/next_gen/: IEC Web ProForum Next-Generation Networks tutorial