Петров В. В. Пакетное ядро UWPC_Эс_2010_04_42

42
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 4, 2010
Представляют иностранные фирмы
Alcatel-Lucent
ПАКЕТНОЕ ЯДРО UWPC: ОТ 2G ДО 4G
Карманные ПК, смартфоны, нетбуки, другие «жадные» до полосы пропускания устройства и приложения становятся все популярнее, что приводит
к значительному росту объема трафика,
передаваемого в сетях мобильной связи. Помимо традиционных услуг — телефонной связи и доступа в Интернет,
абоненты активно используют новые
мультимедиа-возможности, например
загрузку музыкальных произведений
и обмен видео. Появление новых беспроводных устройств и сервисов, подкрепленное привлекательными безлимитными тарифами, привело к тому, что
объем трафика данных в сетях мобильной связи стремительно растет — более чем на 100% в год. И в ближайшие
годы, по всем прогнозам, рост только
ускорится.
Что означает эта тенденция для операторов? Только одно: необходимо развивать инфраструктуру, отвечающую за передачу данных. Будучи когда-то лишь
вторичной подсистемой, необходимой
для поддержки небольшой прослойки
пользователей-технократов, сегодня эта
инфраструктура превращается в ключевой актив оператора, основной инструмент предоставления сервисов и получения доходов.
ПАКЕТНОЕ ЯДРО В РАЗВИТИИ
Все существующие сети мобильной
связи (GSM/EDGE, WCDMA/HSPA,
WiMAX, CDMA2000 и др.) с разной
скоростью поддерживают передачу
данных и используют некое пакетное
ядро, которое можно рассматривать
как интерфейс между подсистемой
радиодоступа (RAN) и внешними сетями передачи данных (СПД), в том
числе Интернетом. Однако архитектура и функциональные элементы этих
«ядер» могут быть разными.
Если говорить о наиболее распространенных сетях GSM/EDGE
и активно развивающихся сетях
WCDMA/HSPA, то в них ключевыми
элементами пакетных ядер являются
узлы SGSN (Serving GPRS Support Node)
и GGSN (Gateway GPRS Support Node).
Узел SGSN подключается к контроллеру RAN через интерфейс Iu-PS
и обеспечивает обслуживание абонентов GPRS в своей географической зоне.
При передаче трафика данных узел выполняет такие же функции, что и коммутатор MSC в сети GSM для голосового
трафика. К функциям SGSN относятся:
контроль доставки пакетов данных; взаимодействие с реестром абонентов HLR;
преобразование кадров GSM в форматы,
используемые в IP-сети; сбор биллинговой информации и т.п.
Узлы GGSN обеспечивают маршрутизацию данных между пакетным
ядром и внешними СПД. Как правило, к одному GGSN подключается
множество узлов SGSN (через интерфейсы Gn). По сути, GGSN — это IPмаршрутизатор, сочетающий в себе все
функции, свойственные устройствам
этого класса, и ряд специальных функций. Он обеспечивает динамическое
выделение IP-адресов подключаемым
устройствам, поддерживает в актуальном состоянии информацию о внешних
сетях, собственных абонентах (в том
числе для тарификации услуг), данные
о маршрутах и т.п. Узлы GGSN обычно
«наделены» интеллектом, позволяющим
осуществлять фильтрацию контента, реализацию специальных правил обработки трафика и алгоритмов обеспечения
безопасности. В режиме «прямого туннеля» узел GGSN может напрямую подключаться к контроллеру RNC (Radio
Network Controller), устраняя, таким образом, SGSN из цепи обработки пользовательского трафика.
личие от сетей предыдущих поколений
сети LTE полностью базируются на IP:
начиная с мобильных терминалов и заканчивая прикладными системами. Все
элементы в сети LTE между терминалом и сервером приложения полностью
«айпишные»: базовая станция (evolved
NodeB — eNodeB), сеть агрегации трафика и транспортное ядро (Evolved
Packet Core — ЕРС).
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЕРС
Хотя функциональность ЕРС
во многом схожа с функциональностью
сети, состоящей из узлов SGSN и GGSN,
в пакетном ядре LTE используются совсем иные элементы:
• ММЕ (Mobility Management
Entity). Аналогично, как и узлы SGSN
в архитектуре 2G/3G, системы ММЕ
поддерживают сигнализацию, но при
этом (в отличие от SGSN) они не заняты
обработкой (маршрутизацией) пользовательского IP-трафика. Однако тот факт,
что функциональность этих элементов
ограничивается только уровнем управления сеансами связи, нисколько не умаляет их значимости. Они необходимы
для обеспечения взаимодействия между
сетями 3G и LTE, управления мобильностью, выбора узлов SGSN, S-GW и P-GW,
совместимости с голосовыми сервисами сетей GSM и CDMA2000 и решения
многих других задач.
Дальнейшее развитие бизнеса сотовые операторы связывают с технологией LTE, с помощью которой мобильным
пользователям может быть предоставле• S-GW (Serving Gateway). Если сина скорость передачи данных, сопоста- стема ММЕ (в сети LTE) является анавимая со скоростью проводных подклю- логом SGSN в плоскости управления
чений, например DSL. Теоретическая сеансами связи, то шлюз S-GW -в плопиковая скорость загрузки информа- скости передачи данных. Система ММЕ
ции в сети LTE составляет 173 Мбит/с. не поддерживает пересылку пользоваКроме того, сеть радиодоступа LTE обе- тельского трафика — эту функцию выспечивает низкую задержку передачи полняет шлюз S-GW, обеспечивающий
трафика и высокую эффективность ис- маршрутизацию и фильтрацию трафипользования частотных ресурсов. В от- ка, взаимодействие между базовыми
ISSN 0013-5771. «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 4, 2010
станциями eNodeB, пересылку трафика между системами 2G/3G и шлюзами
Р-О\¥ит.д.
• P-GW (Packet Data Network
Gateway). Если шлюз S-GW обеспечивает интерфейс между пакетным
ядром ЕРС и радиосистемой LTE RAN,
то шлюз P-GW — интерфейс к внешним
СПД. Продолжая сравнение с пакетным
ядром сетей предыдущих поколений,
можно сказать, что это некий аналог
узла GGSN. Шлюз выполняет массу критически важных функций, в том числе
реализацию правил обработки трафика
(фильтрация, блокировка и т.д.), выделение IP-адресов для пользовательских
устройств (например, с использованием
протокола DHCP), сбор биллинговой
информации. Кроме того, шлюзы P-GW
задействуются для обеспечения хэндовера между сетями, соответствующими
требованиям 3 GPP и другими сетями
мобильной связи (CDMA2000, WiMAX).
в одночасье совершить переход к инфраструктуре All-IP невозможно. Поначалу
новые сети LTE будут сосуществовать с сетями предыдущих поколений
(2G и 3G). Но строить и эксплуатировать несколько транспортных инфраструктур накладно, поэтому необходимо, чтобы создаваемая инфраструктура IP могла обеспечивать нормальную
работу систем 2G/3G.
Имея в своем портфеле комплексное решение для построения пакетного ядра ЕРС, в марте 2010 г. компания
Alcatel-Lucent объявила о значительном
расширении его возможностей и поддержке функций пакетного ядра 2G/3G
(GPRS/WCDMA). Новое решение получило название Ultimate Wireless Packet
Core (UWPC), или полное решение для
пакетного ядра мобильной сети.
Теперь функциональность GGSN
может быть реализована на основе хорошо зарекомендовавших себя на практи• PCRF (Policy and Charging Rules ке сервисных маршрутизаторов AlcatelFunction). Управление политиками (pol- Lucent 7750 SR, которые способны такicy control) — интегрированная часть же выполнять функции шлюзов S-GW
стандартов 3GPP как для сетей 3G, так и P-GW для сетей LTE. Эти маршрутии для сетей LTE. Однако в сетях LTE заторы уже испытываются в сетях LTE,
значимость этого функционала суще- а их производительность и масштабиственно повышается: в средах, полно- руемость более чем в 10 раз превышает
стью основанных на IP, динамическую аналогичные показатели шлюзов, предобработку специфичных для конкрет- назначенных для пакетного ядра сети
ных приложений правил качества обслу- 3G. Высокая производительность —
живания (QoS) осуществить значитель- важная характеристика, в частности поно сложнее, чем в сетях 3G, где еще мо- тому, что она позволяет анализировать
гут применяться технологии, основан- трафик и применять к нему различные
ные на коммутации каналов. Узел PCRF политики, не снижая скорость пересылобеспечивает управление параметрами ки пакетов.
качества обслуживания (QoS) на осноДля реализации узлов SGSN (2G/3G)
вании специфических требований при- и ММЕ (LTE) компания предлагает ноложений, пользовательских параметров вое высокопроизводительное, масштаи т.п., причем этот функционал реали- бируемое решение Wireless Mobility
зуется отдельно от функций шлюза Manager (WMM), созданное на платP-GW. Выполнение политик и тарифи- форме ATCAv2. Реализованная в этом
кация — понятия взаимоувязанные: на- решении поддержка двух технологий
пример, если пользователю или прило- даст возможность операторам расшижению предоставляются приоритетные рять и оптимизировать существующее
условия обслуживания, за это оператор пакетное ядро сети для работы со станможет взимать дополнительную плату.
дартами HSPA и HSPA+, в то же время
УНИВЕРСАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ
Высокопроизводительное пакетное
ядро ЕРС объединит два отдельно существующих сетевых домена — с коммутацией каналов и пакетов — в один,
где для передачи голосовых вызовов
будет использоваться IP-телефония
(VoIP). Унификация всех коммуникаций
на основе одного протокола позволит
сократить стоимость инфраструктуры,
упростить развертывание новых услуг
и реализацию новых бизнес-моделей,
что, собственно, является еще одним
важным преимуществом LTE. Однако
повышая производительность систем
сигнализации и управления до уровня ММЕ, необходимого для перехода к стандарту LTE. Первая версия
ПО WMM будет поддерживать функции
SGSN, а последующие (их выпуск намечен на 2011 г.) — ММЕ.
Функции узла PCRF в решении
Alcatel-Lucent выполняет контроллер
5780 DSC (Dynamic Services Controller),
который тоже реализован на базе платформы ATCAv2. Несмотря на то что первоначально эта система ориентирована
на развертывание в сетях беспроводной связи, она, возможно, будет приме-
43
няться и для поддержки проводных сетей в едином конвергентном решении.
Контроллер DSC может использоваться для управления политиками и выполнения правил обработки трафика
для любых пользователей, приложений
и сервисов, обслуживаемых через маршрутизаторы 7750 SR P-GW/GGSN. Этот
элемент позволит мобильным операторам оптимизировать и монетизировать
сетевые ресурсы, предлагать абонентам
персонализированные услуги в среде 3G
и LTE. В настоящее время контроллеры
Alcatel-Lucent 5780 DSC проходят испытания в разных странах мира, а во второй половине 2010 г. будут доступны
для приобретения и установки в сетях
2G, 3G и LTE.
Для управления перечисленными
выше элементами — шлюзами 7750 SR,
менеджером 9471 WMM и контроллером
5780 DSC (PCRF) — предназначена система Alcatel-Lucent 5620 SAM (Service
Aware Manager), которая также поддерживает управление и мониторинг оборудования транспортной сети (backhaul).
Эта система выполняет автоматическую
настройку конфигурации и помогает
успешно бороться с отказами, повышать
производительность, сокращать сроки
вывода на рынок новых мобильных услуг
и минимизировать простои в случае возникновения проблем.
Говоря о разработках Alcatel-Lucent,
нацеленных на повышение «интеллекта» сети и уровня автоматизации процедур эксплуатации, следует отметить
систему 9900 Wireless Network Guardian
(WNG). Она предоставляет мобильным операторам возможность в реальном времени определять взаимосвязи
между производительностью сетевых
элементов и качеством услуг для конечных пользователей, а также производить
автоматическую оптимизацию работы
сети.
Полное решение компании AlcatelLucent для пакетного ядра мобильной
сети (UWPC) позволяет операторам
справиться с ростом трафика данных
и умело использовать его для генерации новых потоков доходов. Сегодня
компании-операторы, внедряющие элементы этого решения, могут не только
повысить эффективность использования и развития существующих сетей
2G и 3G, но и получить более выгодную
стартовую позицию для перехода к LTE.
В. В. Петров,
менеджер подразделения сетевых IPрешений департамента технологий
и развития бизнеса компании AlcatelLucent в странах СНГ, к. т.н.