Интегрированные сети: потребности и возможности

Проблемы конвергенции технологий необходимо рассматривать под двумя углами зрения: организационно-коммерческим и техническим. Будущее технических решений сегодня во многом определяется не только их продуманностью и совершенством, но и рыночными тенденциями, а также выработанной (на уровне региона и государства) практикой проекти-рования и построения сетей.
Кратко коснемся причин и движущих сил конвергенции.

1. Потребность абонентов в интегрированных услугах
   Массовый спрос на недорогие услуги, предоставляемые интегрированными сетями, исходит, как правило, от мелких корпораций.
   Заметим, что состояние рынка сетевых услуг на Западе сейчас таково, что клиент рассчитывает получить механизм реализации нужного комплекса услуг за 1-2 месяца. (Еще несколько лет назад нормальным считался срок в полгода, а в ближайшем будущем этот срок сократится до 1-2 недель).
   Однако, сразу заметим, что в России более 90% частных потребителей телефонных услуг ни в какой интеграции не нуждается и еще лет 10 нуждаться не будет. Рынок мелких корпоративных абонентов у нас существенно иной, чем на Западе, и не может оказывать решающего влияния на интенсификацию распространения интегрированных услуг.
2. Демонополизация рынка услуг связи
   В ряде стран это был решающий фактор быстрого развития рынка услуг связи.
   Рассмотрим пример США. Свободная конкуренция операторов и потребности развития дополнительных сервисов в ТфОП привели к массовому распространению цифровых телефонных станций. Государственное регулирование обеспечило допуск к абоненту "новых операторов", что привело к развитию внутри зоны технологии Frame Relay.
   Дальнейшее развитие рынка привело к появлению сначала альтернативных внутризоновых транспортных сетей, а затем - альтернативных межзоновых операторов, развивающих собственные магистральные сети для снижения себестоимости трафика, что, в свою очередь, приводит к образованию большой избыточной канальной емкости, созданию вторичного рынка каналов связи и, как следствие, к дальнейшему снижению их стоимости.
   Всё это постоянно подстегивает промышленность и приводит к массовому внедрению ВОЛС и SDH на их основе, к снижению стоимости каналообразующего оборудования.
3. Развитие сети Интернет
   Сейчас эта сеть превратилась из военнонаучной сети в общедоступную, что потребовало большей полосы пропускания на магистралях и развития услуг последней мили. Для решения первой проблемы начинает стремительно создаваться технология ATM, а для реализации последней мили бурно развился модемный доступ, как единственный до недавнего времени способ использования ТфОП для передачи данных.

Технические проблемы разработки интегрированных сетей

Ожидания, связанные с ATM

Сети ATM создавались, прежде всего, для конвергенции различного рода трафика в сетях. Ещё 5 лет назад аналитики полагали, что ATM в течении 2-3 лет станет канально-транспортной средой для передачи любого вида трафика и в значительной степени заменит традиционные технологии (SONET и SDH).
С появлением первого поколения оборудования ATM ряд компаний принимает решения о прекращении строительства сетей SONET/ SDH и создании сетей ATM. Однако оказывается, что ни спецификации, ни само оборудование ATM не удовлетворяют ранее возлагаемым на него надеждам:

• оконечное оборудование (например, телефонные коммутаторы и оборудование для локальных сетей) ещё не способно работать по спецификациям ATM;
• стоимость классических интерфейсов (ЦК (Ex и Tx) для голоса и ЛВС), входящих в коммутаторы ATM, выше, чем стоимость порта собственно ATM (например, карта 4хЕ1 в два раза дороже 4хSTM-1);
• обещания производителей в короткое время доработать оборудование (без его замены) до потребностей заказчиков, например, реализация технологии переключаемых виртуальных соединений (SVC), не выполняются. Они просто не могут быть сейчас выполнены из-за несовершенства архитектуры коммутаторов первого поколения. В частности, попытки внедрить SVC привели к снижению производительности в десятки раз;
• надежды операторов на приспособление оборудования ATM к магистральной передаче IP-трафика не оправдываются из-за нерешенности следующей проблемы. Отбрасывание одной ATM-ячкейки, например, из-за переполнения буфера приводит к необходимости повторения передачи всего IP-пакета. Такая "паразитная" перегрузка коммутаторов нарастает лавинообразно и приводит к резкому падению пропускной способности. Производители оборудования предпринимают энергичные меры по исправлению ситуации и исправляют её. Но репутация АТМ как технологии очень сильно страдает.

ATM и SDH в настоящее время

Мы считаем, что уровень развития технологии ATM вплоть до последнего времени позволял ее использовать на сетях связи только для организации канала с переменной полосой пропускания в тех случаях, когда применение быстрой пакетной технологии действительно безальтернативно.
В то же время разработки, произведенные в рамках развития технологии ATM, получили широкое распространение и в традиционных технологиях. Например, возможности передачи видео требуемого качества и IP-пакетов применяются в сетях SDH.
Таким образом, предсказания о скорой кончине традиционных технологий каналообразования не сбылись.
Однако огромные капитальные вложения в развитие технологии ATM, значительное количество установленного оборудования и реализации технологий DSL, как альтернативы пользовательскому модемному доступу, привели к возникновению неожиданной ниши для ATM - организации услуг "последняя миля".
Стоимость в расчете на порт и качество сервиса оказались весьма конкурентноспособными в сравнении с другими применяемыми технологиями.

ATM в ближайшее время

Развитие ATM как технологии продолжается, хотя его темпы значительно снизились вследствие уменьшения финансирования. (По данным ATM-форума в 1996 году затраты на разработку спецификаций составили около 200 миллионов $, а в 1998 г. - 40 миллионов $).
В настоящее время разработаны совершенные аппаратно-програмные методы коммутации, а также средства поддержки традиционных технологий (socket emu., SS7, IP-services, MPOA).
Реализация в полной мере спецификаций ATM (уровней адаптаций) как в коммутаторах, так и в оконечном оборудовании позволяют с достаточной уверенностью предположить следующее.

1. В ближайшие 1-2 года ATM всё-таки станет способной организовать распределенную коммутационную сеть для передачи данных любой природы (ANY Media), заменяющую собой телефонные сети, сети передачи сообщений и т.д.
2. В начале развития технологии предполагалось, что телефонные станции смогут подключаться непосредственно к коммутаторам АТМ, а дальнейшая маршрутизация будет осуществляться АТМ непосредственно. Мы полагаем, что такие реализации (особенно с применением УАТС в корпоративных сетях) достаточно хорошо известны. Однако для многих стало неожиданностью сообщение об успешных испытаниях коммутаторов АТМ в качестве собственно телефонных коммутаторов (с заявленной производительностью 1 000 000 вызовов в час) и абонентских выносов с АТМ интерфейсами, которые по цене сопоставимы с аналогичными выносами, работающими по протоколу V5.2. Объединение в таком выносе телефонных портов и комбинированных портов с использованием ADSL, например, в соотношении 10 к 1 позволит значительно сэкономить на дополнительном оборудовании организации "последней мили".

Технология IP

Сети IP, которые развивались параллельно с технологиями передачи в традиционных сетях, в настоящий момент являются основой большинства корпоративных сетей.
Еще 5 лет назад сети IP (за исключением, быть может, Интернет) позиционировались как один из возможных вариантов развития корпоративных сетей передачи данных. Но бурное развитие Интернет сделало IP превалирующей технологией межсетевого обмена.
Потребность в интегрированных услугах в последнее время привела к разработке спецификаций, необходимых для передачи голоса по сетям IP. Эта возможность аналитиками и не предполагалась.
Надо сказать, что речь не идёт о, так называемой, IP-телефонии - т.е. о шлюзах ТфОП<=>IP и телефонных аппаратах с Ethernet-интерфейсом. Всё это - частные и неполные реализации более масштабных технологических возможностей. Сейчас эти частные решения просто имеют выгодную маркетинговую интерпретацию.
Некоторым образом, развитие технологии IP способствовало и продвижению ATM. Как говорилось выше, сети ATM долгое время не оправдывали возлагавшихся на них надежд как на универсальный транспорт. Поэтому производители оборудования для сетей ATM и IP приложили определенные усилия для приспособления ATM в качестве транспорта в сетях IP. В настоящий момент 80% магистральных каналов Интернет (Internet BackBone) в США ис-пользует ATM. Используя спецификации "classical IP over ATM", крупные операторы связи без "помпы" и лишнего шума проводят голосовой трафик через сети ATM.
Появление оборудования с реализацией QoS (ранжирования уровней сервиса и предоставления услуг определенного заказанного класса) в IP - вот настоящая революция. Уже в настоящий момент крупные производители оборудования для IP-сетей (Nortel/Bay, Cisco, Lucent) предлагают такое оборудование, т.е. данные и голос в сетях IP - реальность сегодняшнего дня.
Стремительное развитие потребностей потребителей (прежде всего корпоративных) совместно с реализацией в оборудовании спецификаций многоадресной рассылки (MultiCasting) подготовило основания для разработки спецификаций передачи видео-через-IP . Работа находится в завершающей стадии. Постоянно растущая потребность в увеличении полосы пропускания привела к разработке маршрутизаторов-коммутаторов очень высокой производительности, способных работать непосредственно на магистральных каналах. Это с уверенностью позволяет предположить, что в ближайшее время сети IP приобретут все свойства сетей для передачи данных любой природы (ANY Media).

Причины нынешнего уровня развития технологии IP

Сегодня ряд аналитиков указывает, что технологии IP будут основой построения сетей в обозримом будущем. Однако то, что они понимают под "основой", нуждается в тщательном анализе.
Они постоянно противопоставляют IP другим технологиям. Таким образом, ситуация противопоставления SDH/ATM 5-летней давности повторяется с IP и целым рядом других технологий (прежде всего ATM).
Но при этом как-то замалчивается, что бурное развитие сетей IP обусловлено, в значительной степени, запаздыванием развития ATM. Например, реализация решений для ТфОП на основе ATM потребует значительно меньших расходов (и технологических и, видимо, финансовых). Это обусловлено тем, что реальное снижение стоимости происходит при интеграции в оконечном оборудовании ТфОП функций передачи смешанного трафика, однако решений подобного рода, основанных на технологии IP, пока не создано.
Таким образом, следует предположить, что IP не заменит ATM, и эти технологии будут развиваться совместно. Вытеснение ATM с транспортного уровня на ближайшие несколько лет представляется проблематичным. Сложность анализа состоит еще и в том, что на этом поле играют не только IP и ATM.

Примеры технических проблем при реализации интегрированных решений.

Пример 1.

Неверная техническая реализация проектов при построении сети SDH состояла в том, что на стадии оформления договора несколько лет назад заказчик из экономии пренебрег оборудованием синхронизации. Считалось, что в обозримом будущем ничего, кроме голоса, передаваться не будет. Заметим, что такое решение является прямым невыполнением требований международных стандартов G.811, G.813 и G.825.
Действительно, для передачи голоса качества канала с вероятностью ошибки на бит 10^-5 достаточно, и оборудование синхронизации не использовалось. Но совсем скоро уже возникла коммерческая потребность использования сети для передачи данных. Заметим, что при переходе к передаче данных требуется уже вероятность, не более 10^-8, и без синхронизации не обойтись.

Пример 2.

Попытка сэкономить на магистральных каналах. Размер региона таков, что типовое решение предполагает наличие нескольких колец SDH, соединенных между собой кроссконнекторами.
С другой стороны, когда регион не настолько обширен, кажется, что можно на пределе возможностей обойтись одним большим кольцом. Такое решение, как правило, лежит вне рекомендованных подходов и имеет некоторые побочные сложности. В частности, требует реализации изощренных механизмов синхронизации.
Аккуратный учет всех возможных последствий и подсчет затрат на их преодоление, возможно, отрезвил бы заказчика еще на стадии проектирования.
Этот пример показывает, что уже при проектировании необходим учет не только сегодняшних взглядов на область использования, но и перспектив появления новых требований.

Пример 3.

Построение сетей ATM на оборудовании, которое не гарантирует поддержку внедряемых сервисов. Заказчик предполагает, что добавление этих сервисов в ближайшем будущем произойдет "мягко", с помощью дешевых мелких технических перестроек. Но во многих случаях это повлечет просто замену одного комплекта сетеобразующего оборудования другим комплектом. Стоимость и издержки подобного перехода могут оказаться весьма неожиданными. Особенно это касается применения оборудования, созданного для корпоративных сетей, в сетях признанных операторов связи. Конечно, такое оборудование зачастую значительно дешевле и обещает быструю окупаемость при внедрении, но ни характеристики надёжности, ни состав сервисов, а, самое главное, отсутствие надлежащей системы управления не позволяют сколько-нибудь эффективно использовать его "для продажи". Ну что ж, о коммерческом риске мы уже выше говорили.

Пример 4.

Отсутствие грамотного маркетинга на этапе проектирования сети. Этот пример показывает, что зачастую технические проблемы непосредственно вытекают из коммерческих и организационных.
После построения региональной сети передачи данных оператор связи столкнулся с тем, что услуга Frame Relay, которая реализовывалась на построенной сети, потребовалась потенциальным заказчикам в значительно меньшей степени, чем на это рассчитывалось при построении сети. Это произошло по нескольким причинам.

1. Государственным и коммерческим организациям, являющимся потенциальными за-казчиками услуг, по причинам безопасности, запрещено работать через пакетные сети без обеспечения известного комплекса мер по защите информации. По этой причине таким заказчикам значительно проще (но не всегда дешевле) арендовать каналы связи.
2. Заказчикам, которые готовы были подключиться к сети, не потребовались собственно услуги сети. Их фактически интересовал цифровой канал к Интернет.
3. На сети не была реализована возможность работы с QoS, а заказчики надеялись, что смогут воспользоваться услугой "голос через Frame Relay".

Организационные проблемы создания интегрированных сетей

Проектирование интегрированных решений

Не секрет, что проектирующие организации зачастую привлекаются на этапе сдачи проекта надзирающим органам, и фактически оформляют (в строгом соответствии с нормативными документами) уже исполненное решение. Зачастую в этом нет вины заказчиков. В большинстве своем проектные организации просто не способны осуществить проектирование таких сетей с надлежащим качеством и в сроки, необходимые заказчику. Методики, применяемые при проектировании ТфОП и используемые проектировщиками много лет, неприменимы для создания интегрированных сетей, а отсутствие широкой подготовки в ВУЗах специалистов в этих областях осложняют ситуацию.
Таким образом, заказчик встает перед выбором.

1. Следовать рекомендациям фирм-поставщиков оборудования (интересы которых часто не совпадают с интересами заказчика).
2. Полностью довериться собственным специалистам.
3. Слепо копировать решения, примененные в других сетях, изменяя лишь количественные показатели.
4. Опираться на гибкую взаимовыгодную политику сотрудничества существующих традиционных проектных организаций с проектными подразделениями фирм-интеграторов (ответственность, тарифы, типы услуг и пр.)

Интеграция и собственность

Развитию региональных интегрированных сетей сильно мешает организационная разобщённость служб у операторов. Интересы различных подразделений, превращенных в результате "акционирования" в различные фирмы, не совпадают, что зачастую приводит к построению нескольких дублирующих сетей у одного оператора. Например, мало того, что "телеграф" создаёт свою сеть X.25, он ещё и устанавливает на неё телеграфные коммутаторы. В это же время ГТС пытается создать городскую сеть передачи данных, одновременно продавая выделенные линии. Некоторое вновь созданное подразделение "Интернет" старательно "перекашивает" своим трафиком ТфОП. МТС активно торгует потоками E1, исчерпывая ресурсы SDH, спроектированной лишь для организации телефонной связи. Происходит распыление средств и исчерпание собственных ресурсов развития. Разумным выходом является принятие руководством электросвязи единой концепции развития интегрированных сетей в зоне.

Уровень цифровизации

Можно сколько угодно рассуждать о преимуществах той или иной технологии, но при отсутствии цифровизации сетей связи это неактуально. Нередко развитию таких сетей препятствует и негибкая политика государства.
Например, проведена большая работа по разработке законодательства о частотных ресурсах, принятие которого значительно упростило в ряде случаев развитие сетей беспроводного доступа. Однако ряд проблем до сих пор не решен.
В частности, всем совершенно понятно, что технология беспроводной последней мили позволяет решить огромную проблему связи в селе. Применение технологии CDMA, DECT и особенно появившиеся в последнее время широкополосный DECT позволяют операторам связи резко снизить расходы на поддержание разваливающихся линий сельской связи и дают возможность оказывать услуги по передаче голоса и данных на современном уровне.
До последнего времени основным сдерживающим фактором развития этого вида сервиса была высокая цена в расчёте на порт при невысокой плотности абонентов, характерной для сельской местности.
Однако в последнее время стоимость системы на 30-100 абонентов может составлять около 600 долларов за порт, включая абонентское окончание, и стоимость таких систем продолжает снижаться. Это делает принципиально коммерчески интересным возможность применения данных систем в сельской связи. Но при расчёте схем окупаемости оказывается, что основной составляющей абонентской платы является плата за использование частотного ресурса - приемлемая для бизнесмена в крупном городе, но невозможная для сельских жителей.

Выводы