От 2G к 3G — эволюция транспортных сетей передачи данных

pic

В этом году крупнейшие операторы сотовой связи Узбекистана получили лицензии на предоставление услуг связи третьего поколения (3G). Но получение лицензии это только первый этап на пути построения мобильной сети третьего поколения. Может ли оператор запустить новые 3G-услуги на существующей сети? Справится ли существующая транспортная сеть с передачей трафика новых услуг? Вот те вопросы, которые встают перед оператором связи.

Для того, чтобы ответить на эти вопросы, необходимо понять, что же собой представляет стандарт сетей 3G и какие новые требования он предъявляет к транспортной сети. С технической точки зрения основное различие между стандартами 2G и 3G заключается в увеличении полосы пропускания, доступной абоненту. С переходом к использованию на уровне беспроводного доступа технологий UMTS, а впоследствии HSPA полоса пропускания получаемого и передаваемого абонентом трафика значительно увеличивается. Это позволяет оператору предоставлять абонентам новые ресурсоемкие виды услуг — такие, как потоковое видео, скоростной доступ в Internet и другие.

pic

Появление новых услуг и их популярность среди абонентов зависят от маркетинговой политики оператора, но тот факт, что объемы трафика в мобильной сети с переходом к 3G возрастут, не вызывает сомнений. Как не вызывает сомнений и изменение в структуре передаваемого трафика. В настоящий момент основную часть трафика в мобильной сети создают голосовые услуги. Но при переходе к 3G роль услуг передачи данных возрастет и существенно увеличится объем трафика этих услуг. Таким образом, в определенный момент трафик IP начнет превалировать в сети мобильного оператора. Учитывая современные тенденции перехода от традиционной технологии передачи голосового трафика по TDM к технологии IP, логично предположить, что в скором времени в сети мобильного оператора значительную часть трафика будет составлять трафик IP. Существующие TDM-сети мобильных операторов не предназначены для передачи таких объемов IP-трафика, а их развитие для этих целей экономически не целесообразно. Поэтому при переходе к сетям третьего поколения большинство мировых операторов предпочитает строить выделенную высоконадежную IP-сеть, обеспечивающую скоростную передачу больших объемов трафика и гарантирующую высокое качество обслуживания всех видов услуг.

Мгновенный отказ от использования традиционных технологий построения мобильных сетей и переход на использование технологии IP невозможен, поэтому транспортная сеть должна обеспечивать возможность постепенного перехода. Поддержка возможности передачи трафика традиционных протоколов TDM, ATM и FR через IP-сеть с помощью технологии PWE3 (Pseudo Wire Emulation End-to-End) делает IP-сеть универсальной и позволяет использовать единую транспортную среду для передачи традиционных услуг второго поколения и новых услуг третьего поколения.

pic

В транспортной сети мобильного оператора в общем случае можно выделить два основных сегмента: магистральная транспортная сеть и сеть доступа RAN. Принципы построения магистральной сети мобильного оператора имеют характерные отличительные особенности, но в целом они совпадают с общими принципами построения магистральных сетей. Магистральная сеть оператора третьего поколения должна справляться с передачей возрастающих объемов трафика и при этом быть высоконадежной, защищенной, обеспечивать гарантию качества обслуживания всем услугам и предоставлять гибкие и удобные механизмы управления. Это традиционный подход, и большинство магистральных IP-сетей операторов развивается именно в этом направлении.

Ситуация с развитием транспортных сетей RAN выглядит иначе. Традиционно на уровне RAN для подключения базовых станций и контроллеров мобильные операторы используют низкоскоростные TDM-каналы. Если изначально операторы в Узбекистане вынуждены были использовать преимущественно каналы, арендованные у операторов фиксированной связи, то сейчас ситуация значительно улучшается. Многие операторы строят собственные SDH/PDH-сети, устанавливают радиорелейное оборудование, тем самым сокращая количество используемых арендованных каналов и как следствие операционные расходы на поддержание сети. При этом мало кто из операторов думает о технологии IP как о возможном решении всех проблем с расширением транспортной сети RAN. А между тем именно построение IP-RAN позволяет оператору решить ряд проблем, характерных для уровня доступа.

pic

При этом за последние годы в области IP наметился существенный прогресс, и сети IP постепенно трансформируются из ненадежных сетей Internet в высокотехнологичные транспортные сети, способные передавать все виды трафика с качеством уровня традиционных TDM и ATM-сетей.

Анализ задачи построения сетей IP-RAN мобильных операторов позволяет выделить несколько основных сценариев. В зависимости от типа используемого оборудования и характеристик транспортных сетей варианты построения IP-RAN могут различаться. Давайте последовательно рассмотрим различные сценарии.
Во-первых, необходимо отметить сценарий, типичный для всех операторов второго поколения, развивающих IP-сети и планирующих переход к 3G — это передача трафика базовых станций 2G через Ethernet-сеть. Традиционно базовые станции мобильного оператора второго поколения подключаются к контроллерам базовых станций через каналы TDM, по которым передаются голосовые пакеты, сигнальный трафик и не менее важный синхросигнал для согласования работы базовых станций и контроллеров. Преимущество TDM-каналов над каналами Ethernet всегда было очевидно, поскольку вторые не могли синхронизировать работу устройств мобильной сети. Но с развитием IP-технологий эта проблема была решена, и в настоящий момент уже доступно несколько технологий, позволяющих решить проблему передачи синхросигнала через IP-сеть. Это, например, технологии адаптивного восстановления синхросигнала, синхронный Ethernet и другие. Таким образом, в настоящий момент рассматриваемый сценарий сети IP-RAN может быть полностью реализован на сети IP.

Второй сценарий также характерен для сетей второго поколения, когда большую часть трафика составляет голосовая информация. Поскольку при разговоре двух человек по телефону, как правило, один говорит, а второй слушает, то при использовании традиционных TDM-технологий по каналам передается как минимум половина неинформативного трафика, иначе говоря, тишина. Все неинформативные пакеты могут быть выявлены на устройствах доступа в сеть и отброшены за ненадобностью. В то же время передаваемые пакетные данные перед отправкой в сеть могут быть оптимизированы на устройстве доступа транспортной сети по аналогии с использованием технологий архивации файлов. Все это позволяет существенно сократить объемы трафика, передаваемого от базовой станции в сеть, и, соответственно, сократить потребность в полосе пропускания. В условиях ограниченной доступной полосы пропускания, которую мобильные операторы зачастую вынуждены арендовать, подобная оптимизация позволяет не только уменьшить объемы передаваемой информации, но и существенно сократить операционные расходы на содержание транспортной сети.

Третий сценарий характерен при использовании базовых станций с поддержкой технологии ATM. В этом случае устройства доступа должны обладать поддержкой технологии ATM IMA для подключения базовых станций и технологии PWE3 для построения виртуальных ATM-каналов через IP-сеть. По способам организации виртуальных каналов и передаче синхросигнала третий сценарий аналогичен первому.

Четвертый сценарий наиболее типичен для европейских мобильных операторов. В Европе традиционно развиты транспортные сети ATM, и при переходе к сетям 3G европейские операторы не могут в один момент отказаться от их использования. Развитие и расширение сетей ATM под возрастающие объемы трафика данных дорого и не всегда целесообразно. Но и моментально построить новые высоконадежные и высокопроизводительные IP-сети при наличии хорошо развитой инфраструктуры ATM также не представляется возможным. Поэтому голосовой трафик и синхросигнал традиционно передаются по ATM-сети, гарантирующей высокое качество обслуживания, а дополнительный трафик других услуг, не столь критичных к качеству обслуживания, передается по новым IP-каналам. Это отнюдь не означает, что европейские операторы не доверяют IP-сетям передачу ключевого IP-трафика, это лишь означает, что они пытаются максимально разгрузить существующую сеть при минимуме затрат на новую транспортную сеть IP. В качестве IP-каналов могут использоваться каналы Ethernet, а также медные DSL-линии, что позволяет существенно сократить расходы на построение сети IP-RAN.

Пятый сценарий характерен при использовании оператором базовых станций нового поколения на базе протокола IP. Данные базовые станции могут использовать объединенный групповой канал из нескольких потоков E1. В этом случае, если несколько базовых станций через радиорелейные или проводные каналы подключается к одному устройству доступа, рациональным решением является терминация Multilink PPP сессий на устройстве доступа и агрегация IP-трафика в единый поток. Далее в сети определение трафика каждой базовой станции передается в соответствии с ее IP-адресом.

Последний сценарий продиктован переходом операторов на сети третьего поколения. Переход на 3G не будет мгновенным, и темпы развития и роста популярности новых услуг сейчас спрогнозировать трудно. Кроме того, операторы получают высокий доход от сетей 2G, и отказываться от них никто не собирается, поэтому возникает ситуация, когда на одной площадке будут стоять базовые станции второго и третьего поколений. В данном случае устройство доступа должно принимать от базовых станций трафик разных типов: IP, TDM, ATM и обеспечивать передачу всех видов трафика по виртуальным каналам через IP-сеть. Синхросигнал при этом также передается через IP-сеть.

Большинство приведенных выше задач и сложностей построения RAN на базе IP вызвано необходимостью подгонять возможности сетей IP под требования мобильного оборудования, изначально работавшего с TDM и ATM-сетями. И мы еще раз можем убедиться, что будущее действительно за IP. Новые технологии IP –такие, как PWE3, для передачи TDM-трафика по IP-каналам, технологии передачи синхросигнала по IP-каналам, позволяют операторам строить универсальные мультисервисные транспортные сети IP для передачи трафика услуг 2G и 3G и предоставляет возможность развития дополнительных услуг как мобильных, так и немобильных. Отвечая на вопросы, заданные в начале статьи, отметим, что возможности существующих транспортных сетей в большинстве случаев недостаточны, и оператору в любом случае придется развивать сеть. Это означает дополнительные инвестиции в неперспективные технологии. В то же время, инвестируя в развитие транспортной сети на базе IP, оператор не только решает текущие задачи по передаче трафика, но и создает базу для будущего роста и развития бизнеса.

Компания Huawei изначально ориентировалась на рынок услуг 3G и уделяла большое внимание комплексным исследованиям и разработкам в этой области. Именно Huawei первой выпустила на рынок базовые станции на базе IP с поддержкой технологий Ethernet и «TDM over IP». Наличие широкой продуктовой линейки и большого ресурса исследований и разработок позволяет компании разрабатывать не отдельные элементы, а комплексные решения. В частности, это касается решения IP-RAN. Не ограничиваясь новыми базовыми станциями, компания выпустила целую линейку оборудования IP серии CX с поддержкой технологий передачи TDM, ATM, IP поверх MPLS-сети, а также реализовала поддержку передачи синхросигнала через IP-сеть. Поддержка высокой плотности портов E1, IMA E1, FE позволяет подключать к одному устройству CX базовые станции второго и третьего поколений. Поддержка интерфейсов STM-1 и GE позволяет подключать контроллеры базовых станций всего одним интерфейсом, обеспечивая при этом высокий запас полосы пропускания. Для повышения надежности решения IP-RAN компания Huawei предлагает использовать на уровне доступа технологии построения надежных кольцевых топологий RPR и RRPP (GE, 2.5GE). При невозможности построения колец доступа устройства CX позволяют строить сети доступа с древовидной топологией благодаря поддержке технологий STP, RSTP. Наличие данной серии оборудования делает решение IP-RAN компании Huawei законченным и универсальным.

Компания Huawei последовательно развивает свои решения в сторону поддержки технологий IP, поскольку видит за ними будущее транспортных сетей. Большое внимание уделяется повышению надежности и безопасности сетевых решений и обеспечения высокого уровня обслуживания для всех видов услуг. Развитие решений IP-RAN является приоритетным и ключевым на пути развития решений 3G в целом и позволяет мобильным операторам не только построить транспортную сеть, но и получить сетевую инфраструктуру, обеспечивающую потребности оператора в передаче данных и позволяющую по-новому взглянуть на развитие бизнеса.

Orphus system