Методология построения распределенных сетей передачи, обработки и хранения данных: сервисные сети следующего поколения. Монография. Том 2

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕРВИСНОЙ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ, ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ (РСCХД): АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Актуальность проектирования и повышения эффективности региональных сетей

Информационные ресурсы являются одним из важнейших видов ресурсов для всех без исключения органов управления, в том числе и для областных органов государственной власти.

Внедрение информационных систем представляет в настоящее время процесс, который происходит и в России, и за ее пределами, и отражает динамику и сложность экономики, расширяющиеся международные связи и кооперацию по решению ряда экономических, социальных и политических задач.

Анализ ситуации в регионах РФ показал, что в большинстве из них сервисных сетей и (или) сетей передачи, обработки и хранения данных, в полном понимании рассматриваемой в работе концепции региональных сервисных сетей передачи, обработки и хранения данных (РССХД) не существует. Например, в более чем 50% районах Тверской области отсутствуют высокоскоростные каналы передачи данных, более 80% устаревшего сетевого и серверного аппаратно-программного обеспечения и т. д.

Опыт ведущих стран показывает, что в процессе информатизации для получения результата необходимо, в первую очередь, решить проблемы учета имеющихся трудовых, финансовых и материальных ресурсов, в виде соответствующих социально – экономических информационных систем, баз данных и предоставления данной информации в виде мобильных информационных сервисов. В этом случае появляется возможность решать вопросы комплексного развития территории на основе анализа многоаспектной информации.

На сегодняшний день, во многих странах создана и действует информационная индустрия с мощной инфраструктурой, обеспечивающей необходимую поддержку большого числа современных информационных и мобильных сервисов, удаленных услуг SaaS (Software-as-a-Service) (Рис. 1.1), удаленных центров обработки данных (ЦОД) с поддержкой облачных вычислений (cloud computing) (Рис. 1.2) и функций удаленного хранения информации в рамках сетей NGN (Next Generation Network) и сетей IMS (IP Multimedia Subsystem),[18 - Булатов C.B. Модификация модели поведения абонента сети NGN // Международный форум информатизации (МФИ-2007): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» :– М. МТУСИ. – 2007. – С.110—111.][19 - Булатов C.B., Степанов Б. Л. Развитие сетей связи с использованием концепции IMS // Труды МТУСИ. 2007, – С.152 -157.],[20 - Булатов C.B. Возможности регулирования трафика на абонентском участке сети доступа NGN (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» :– М. МТУСИ. – 2008. – С. 121—123.],[21 - Булатов C.B. Формализованное представление обслуживания вызовов в сети NGN (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»: – М. МТУСИ. -2008. – С.119 -121.],[22 - Булатов C.B., Степанова И. В. Определение совокупности задач математического описания сети доступа NGN// Международный форум информатизации (МФИ-2008): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»: – М. -МТУСИ.-2008.-С.118—119.],[23 - Гольдштейн A., Атцик А. Построение NGN: IPCC vs. TISPAN. «Connect! Мир связи», 2006, №4, С.1—8.],[24 - Калигин А. Бизнес в облаках. М: Стандарт, 2011, №4, С.58—61.].

Рисунок 1.1. Наиболее востребованные российскими компаниями облачные сервисы в 2011 году (% компаний)

Кроме того, постоянное развитие и увеличение информационно-технического потенциала предприятий и инициирует потребность к территориально распределенной информационной интеграции с использованием сети Internet, что приводит к резкому увеличению передаваемого по сети трафика в условиях использования, как правило, низкокачественных и низкоскоростных линий связи и необходимости хранения локально больших массивов данных. Следствием этого, стабилизация и совершенствование социально-экономической сферы регионов требуют поддержки, совершенствования и развития региональных сервисных сетей передачи, обработки и хранения данных в соответствие с мировыми требованиями и стандартами.

Рисунок 1.2. Ожидаемый экономический эффект от облачных вычислений для пяти крупнейших экономик Европы к 2015 году (млрд. евро/год)

РСCХД предъявляют высокие требования к эффективному использованию средств передачи, обработки и хранения данных, к уровню обслуживания клиентов сети и уровню предоставляемых Интернет и мобильных сервисов. В связи с этим, одной из важнейших проблем, которую приходится решать при проектировании и внедрении сетевых проектов и их эксплуатационном сопровождении, является проблема адекватного описания процессов в моделях, используемых при проектировании и организации эффективной работы распределенных региональных сервисных сетей в различных условиях функционирования.

На сегодняшний день задача построения региональной сервисной сети передачи, обработки и хранения данных стоит достаточно остро не только для отдельно взятого региона, но и имеет большое практическое значение для большинства регионов Российской Федерации.

1.2. Применение концепции построения сетей следующего поколения (Next Generation Network, NGN) для РССХД

1.2.1. Общие положения концепции NGN

В настоящее время наблюдается бурный рост и развитие концепций и технологий построения и модернизации глобальных и региональных сервисных сетей передачи, обработки и хранения данных (РССХД).

Исторически выделяют три основных этапа развития сетей общего пользования, оборудование которых продолжает активно использоваться (Рис.1.3).

Рисунок 1.3. Схемы распределения функций узла коммутации в различных сетевых конструкциях

Традиционные телефонные сети – сети первого поколения, или POTS (Plain Old Telephone Service), использующие аналоговые системы передачи и узлы коммутации декадно-шаговых, координатных, квазиэлектронных и ранних версий цифровых систем коммутации.

С середины 1980-х годов начала развиваться сетевая концепция ISDN (Integrated Services Digital Network), которая предусматривала использование цифровых систем передачи данных через цифровые узлы коммутации (сети второго поколения).

Уже в конце 90-х годов с развитием Интернета и появлением новых технологий и стандартов, а также с большим ростом пользователей услуг, возникла потребность в сетевой концепции, не только не уступающей по своим характеристикам телефонной сети общего пользования (ТфОП), но и технологически превосходящей ее. Это потребовало разработки новых стандартов и решений, обеспечивающих передачу различных видов информации и предоставления различных видов услуг в рамках единой сетевой структуры, которая в последствие получила название – NGN (Next Generation Network) и стала основой для развития сетей третьего поколения.

Большую роль в формировании концепции и стандартов развития NGN сыграли:

– IPCC (International Packet Communication Consortium),

– ETSI / TISPAN (European Telecommunications Standards Institute/ Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking),[25 - ETSI ETS 300 406. Methods for Testing and Specification (MTS). Protocol and profile conformance testing specification. Standardization Methodology. 1995.],[26 - ETSI TR 101 028. Methods for Testing and Specification (MTS). Survey on the use of Test Specification produced by ETSI. 1997.],[27 - ETSI EG 102 103. Methods for Testing and Specification (MTS). Guide for the use of the second edition of TTCN. 1999.],[28 - ETSI TR 101 873. Methods for Testing and Specification (MTS). TTCN-3 Graphical presentation Format (GFT). 2002.],[29 - ETSI TS 101 875. Methods for Testing and Specification (MTS). TTCN-3 Librаry of Additional Predefined Functions. 2000.],[30 - ETSI ES 101 873. Methods for Testing and Specification (MTS). The Testing and Test Control Notation version 3. TTCN-3 Control Interface (TCI). 2003.],[31 - ETSI EG 201 148. Methods for Testing and Specification (MTS);Guide for the use of the second edition of TTCN. 1998.],[32 - ETSI TR 101 877. Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks (TIPHON);Requirements Definition Study; Scope and Requirements for a Simple call. 2001.],[33 - ETSI TS 186 002. Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); Interworking between Session Initiation Protocol (SIP) and Bearer Independent Call Control Protocol (BICC) or ISDN User Part (ISUP).],[34 - ETSI TS 186 005—2. Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN);Terminating Identification Presentation (TIP) and Terminating Identification Restriction (TIR); Part2: Test Suite Structure and Test Purposes (TSS&TP). 2006.].

– Международный союз электросвязи (МСЭ или ITU – International Telecommunicational Union),[35 - ITU-T Recommendation Y.1221. Internet protocol aspects – Architecture, access, network capabilities and resource management. Traffic control and congestion control in IP based networks, 2002.][36 - ITU-T Recommendation Y.1231. Internet protocol aspects – Architecture, access, network capabilities and resource management. IP access network architecture, 2000.],[37 - ITU-T Recommendation Y.1540. Internet protocol data communication service – IP packet transfer and availability performance parameters, 2011.],[38 - ITU-T Recommendation Y.1541. Network performance objectives for IP-based services, 2006.],[39 - ITU-T Recommendation Y.2012. Functional requirements and architecture of the NGN, 2006.],[40 - ITU-T Recommendation Y.2021. Next Generation Networks – Frameworks and functional architecture models. IMS for Next Generation Networks, 2006.].

– Группа 3GPP (Third Generation Partnership Project).

Под сетью NGN (Next Generation Network) понимают гетерогенную мультисервисную сеть, основанную на пакетной коммутации и обеспечивающую предоставление практически неограниченного спектра телекоммуникационных сервисов.[41 - Гольдштейн Б. С., Гойхман В. Ю., Столповская Ю. В. Сети NGN. Оборудование IMS: учебное пособие. Издательство «ТЕЛЕДОМ» ГОУВПО СПбГУТ, 2010.]

Ниже, на рисунке 1.4, приводится архитектура сети NGN, описанная в рекомендации ITU-T Y.2012:

Рисунок 1.4. Архитектура сети NGN согласно ITU-T Y.2012

В рекомендации Y.2012 определяется, что архитектура сети NGN поддерживает доставку контента и мультимедиа сервисов, включая цифровое телевидение и радиовещание.[42 - ITU-T Recommendation Y.2012. Functional requirements and architecture of the NGN, 2006.]

В последствие TISPAN расширило архитектуру сети NGN и ввело, разработанную 3GPP, подсистему IMS (IP Multimedia Subsystem).

Рисунок 1.5. Компоненты сети NGN TISPAN

IMS определяют как All-IP-систему управления сетью 3G, эффективно использующую принципы Softswitch и возможности протокола SIP.

Основным достоинством NGN TISPAN является то, что все подсистемы рассматриваются не как совокупность узлов, а как набор функциональных модулей, каждый из которых может быть реализован произвольным набором физических элементов. Все модули взаимосвязаны посредством стандартизированных интерфейсов. Взаимодействие функциональных модулей осуществляется по сигнальному протоколу SIP,[43 - Гольдштейн Б. С., Соколов Н. А., Яновский Г. Г. Сети связи. Учебник для ВУЗов. СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2010. – 400 с.].[44 - Гойхман Э. Ш., Лосев Ю. И. Передача информации в АСУ. – М.: Связь, 1976. – 280 с.]

Необходимо отметить, что 2001 году в России был принят документ «Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России». В нем даны основные определения и рассмотрены основные проблемы, связанные с переходом к сетям NGN.[45 - Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России. Версия 4. – М.: Минсвязи РФ, 2001. – 35с.]

В соответствии с этим положением термин NGN определяется, как концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, предполагающая реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи.

Рисунок 1.6. Пример сети, построенной в соответствии с основными положениями по построению мультисервисных сетей на ВСС России

Согласно международным рекомендациям МСЭ, сети NGN должны решать следующие задачи:

· способствовать честной конкуренции;

· поощрять частные инвестиции;

· определять принципы архитектуры и возможности для приведения в соответствие с различными регламентирующими требованиями;

· обеспечивать открытый доступ к сетям;

· обеспечивать универсальное предоставление услуг и доступ к ним;

· способствовать обеспечению равных возможностей для всего населения;

· способствовать разнообразию содержания, включая культурное и языковое разнообразие.

1.2.2. Основные характеристики и функциональная модель NGN

Выделяют следующие основные характеристики сетей NGN:

– передача информации с пакетной коммутацией;

– разделение функций управления между пропускной способностью канала-носителя, вызовом/сеансом, а также приложением/услугами;

– развязка между предоставлением услуг и транспортировкой и предоставление открытых интерфейсов;

– поддержка широкого спектра услуг, приложений и механизмов на основе унифицированных блоков обслуживания (включая услуги в реальном масштабе времени, в потоковом режиме, в автономном режиме и мультимедийные услуги);