Модели управления доступом для мультисервисных сетей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунке 1.2- приведен функциональный состав мультисервисной

 сети доступа.

Назначение системы управления функциями сети доступа (AN System management function):

• техническая эксплуатация (ТЭ) и техническое обслуживание (ТО);
• конфигурирование и управление сетью;
• координация взаимодействия всех частей сети;
• обнаружение и индикация неисправностей;
• сбор и обработка статистических данных;
• управление безопасностью;
• управление ресурсами.

Функции порта пользователя (User port Function, UPF) {в ТфОП – BORSCHT, в ISDN – согласование сопротивлений, уровней передачи, ЦАП/АЦП,…} таковы:

• преобразование сигнальной информации;
• активация/деактивация (для экономии электроэнергии в объектах интерфейса);
• тестирование;
• управление;
• контроль и мониторинг.

Функции Ядра (Core Function) таковы:

• обработка информации пользователя;
• адаптация протоколов (преобразование протокольных блоков данных (Protocol Data Unit, PDU) терминалов пользователя в PDU транспортной сети);
• эмуляция канала (в коммутаторах АТМ и MPLS транспортной сети);
• мультиплексирование информации пользователя в пакеты;
• концентрация;
• управление и контроль;
• сигнализация (обработка PDU 3-го уровня и выше).

Функция транспорта (Transport Function) обеспечивает:

• выбор ресурсов (путей) для передачи информации между UPF и SPF;
• мультиплексирование;
• кроссовые соединения;
• управление средой передачи на физическом уровне;
• управление (ТЭ и ТО).

Функция порта узла служб (Service port Function, SPF) обеспечивает:

• преобразование требований со стороны SN в основные функции ядра;
• преобразование PDU для конкретного интерфейса узла служб (SNI);
• управление и мониторинг;
• тестирование SNI

 

 

3. Архитектура сети доступа

ш

На рисунке 1.3 приведена  архитектура сети доступа

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3-Архитектура мультисервисной сети доступа

Назначение функциональных блоков мультисервисной сети доступа:

• AF (Access Function) – функции обработки в доступе;
• CL (Channel Layer) – уровень канала (физического, логического);
• TP (Transmitting Path) – уровень путей (трактов);
• TM (Transmitting Media) – уровень среды передачи;
• SMF (System Management Function) – уровень системного управления (сбора и обработки информации для ТО и ТЭ).

Международные организации  стандартизации сетей доступа 

Стандартизацией в области  сетей доступа занимается ряд  международных организаций:

• ITU-T (International Telecommunications Union) - Международный телекоммуникационный союз;
• ETSI (European Telecommunications Standards Institute) - Европейский институт телекоммуникационных стандартов;
• ANSI (American National Standards Institute) -Американский национальный институт стандартов;
• Альянс Home PNA (Home Phone line Networking Alliance);
• Форум – EFM (Ethernet in the First Mile).

Классификация сетей доступа

• по используемой среде передачи: 

- кабели с медными парами (ТПП (телефонный, полиэтиленовая изоляция, пластмассовая оболочка), неэкранированная витая пара - UTP, экранированная витая пара - STP);

- оптические кабели;

- радио среды в различных  диапазонах волн.

• по используемым технологиям;
• по используемой топологии
• по методам разделения среды:

- TDMA (time-division multiple access) - множественный доступ с временным разделением каналов;

- CDMA (Code Division Multiple Access) множественный (многостанционный) доступ с кодовым разделением каналов;

- FDMA (frequency division multiple access) - множественный доступ с частотным разделением;

- WDM (wavelength-division multiplexing) - спектральное разделение по длинам волн;

- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов.

Классификация услуг, предоставляемых  сетями доступа

Классификация услуг может  быть проведена по нескольким признакам:

• по назначению передаваемой информации;
• по уровням в соответствии с уровневой моделью.

Классификация услуг по назначению передаваемой информации:

• U (User) - пользовательская информация (данные, видео, речевая информация…);
• C (Control) - сигнальная информация (для поддержания процедур установления и разъединения соединения);
• M (Management) - информация управления (для сбора аварийных сигналов, тестирования, администрирования… ).

4.  Классификация сетей доступа

 

Классификация по уровням  в соответствии с уровневой моделью:

• физический уровень интерфейса UNI предоставляет услуги тактовой синхронизации, поддержки уровней передачи, мультиплексирования на физическом уровне и др.;
• уровень звена данных предоставляет услуги помехоустойчивой передачи в доступе, для чего используются помехоустойчивое кодирование информации;
• сетевой уровень предоставляет услуги маршрутизации, например, в случае использования в магистральной сети технологии IP/MPLS на сетевом уровне в доступе выбирается сквозной маршрут через магистральную сеть (в так называемом пограничном маршрутизаторе (LER).

С точки зрения вышележащих  уровней в доступе реализуются  только услуги сигнализации (С) и управления (М). Для их поддержки устройства доступа могут содержать функциональные узлы для реализации всего стека  протоколов в плоскостях С или М.

Услуги верхних уровней  в плоскости U реализуются, как правило, за пределами сети доступа, а именно – в оконечных терминалах пользователей (TE, CPE) и сетевых серверах (узлах служб – SN). В плоскости U сеть доступа выполняет только функции транспортировки информации пользователя (транзит) между интерфейсами UNI и SNI (т.е. предоставляет услуги протоколов нижних уровней).

Классификация сетей доступа  по используемой топологии

Конфигурация связей между  сетевыми узлами называется топологией сети. Термин топология заимствован  из геометрии и используется для  описания формы объекта.

Сетевая топология - это геометрическая форма (или связность) сети.

Различают физическую топологию, образуемую геометрической конфигурацией  физических линий связи и сетевых  узлов, и логические сетевые топологии, организуемые путем создания логических связей на различных уровнях ЭМВОС (в том числе и на физическом уровне).

Физическая топология  первичной сети (например, при использовании  оптических кабелей и ЦСП типа SDH) может иметь конфигурацию типа «кольцо», однако логические каналы (связи или СЛ во вторичной сети) в этой кольцевой топологии на физическом уровне (уровне ЦСП и узла коммутации каналов) могут быть организованы, как по топологии «звезда» (радиальные внутризоновые ССОП), так и по более сложным топологическим схемам («каждый с каждым», «районировано-узловые», «ячеистые»).

На рисунке 1.4 приведены примеры сетевых топологий.

Иерархическая топология (рис. 1.4, а) является привлекательной с точки зрения простоты управления, однако, она несет в себе потенциально трудно разрешимые проблемы (например, проблемы готовности сети). В некоторых случаях самый верхний сетевой узел (например, Softswitch) управляет распределением всех потоков информации в сети. При централизованном управлении могут возникать перегрузки (при накоплении ошибок в процессе управления ресурсами) и понижаться готовность сети из-за запаздывания реакции системы управления. В случае отказа верхнего уровня функции сети нарушаются полностью, если не предусмотрен резервный узел.

Горизонтальная топология (шина) широко используется в локальных сетях. Такая топология (рис. 1.4, б) является относительно простой для управления трафиком, поскольку при использовании шины допускается прием сообщения всеми станциями (компьютерами). Это означает, что единственная станция работает в широковещательном режиме, посылая кадры группе станций.

Главный недостаток горизонтальной топологии связан с тем, что для  обслуживания всех устройств в сети обычно имеется только один канал  передачи данных. Следовательно, в случае отказа канала выходит из строя вся  сеть.

Топология типа «звезда» (рис. 1.4, в) является одной из наиболее широко распространенных сетевых структур. В ССОП звездообразная топология оправдана на магистральных (например, внутризоновых) сетях.

Весь трафик проходит через  центральный узел А звезды. Узел А представляет собой центральный маршрутизатор (Router). Следовательно, его функции аналогичны функциям верхнего уровня иерархической топологии, за исключением того, что топология «звезда» имеет ограниченные возможности распределенной обработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4- Примеры сетевых топологии

Кольцевая топология привлекательна тем, что перегрузки, которые могут  возникать в сетях с иерархической  или звездообразной топологией, здесь  весьма редки. Более того, логическая организация кольцевой сети является относительно простой. Каждый узел способен выполнять простую задачу приема данных и трансляции их к следующему промежуточному узлу.

Ячеистая топология 

Благодаря множественности  путей между узлами сети с ячеистой топологией, потоки информации могут  быть направлены в обход отказавших или занятых узлов. Несмотря на то, что топология сети характеризуется  сложностью и высокой стоимостью, некоторые операторы предпочитают ячеистые сети сетям других типов  вследствие их высокой надежности. Это особенно важен для современных магистральных мультисервисных сетей, агрегирующих и транспортирующих потоки мультимедийной информации.

1.5 Использование разных топологий доступа

С развитием цифровизации (появление технологии ISDN) началось использование в доступе комбинированных топологий – точка-точка (интерфейс U)/шина (интерфейс S).

В настоящее время операторы  сетей постепенно переходят к  кольцевой топологии в доступе  ССОП/ISDN.

Доступ к мобильным  сетям имеет топологию шины с  разделением среды путем множественного случайного доступа типа ALOHA (предложен Н. Абрамсоном из Гавайского универс. США), или приоритетного доступа.

В доступе к ресурсам мультисервисных сетей используется широкий набор топологий, зависящих от требований абонента («точка-точка», «шина», кольцевая и ячеистая). Например, в основу технологии доступа пассивных оптических сетей (Passive Optical Network, PON) положена топология "точка – множество точек" (к одному порту центрального узла подключается целый волоконно-оптический сегмент древовидной (иерархической) архитектуры, охватывающий десятки терминалов).

Структура доступа к мультисервисной сети на базе Ethernet может иметь достаточно сложную и разветвленную древовидную архитектуру. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (коммутатор, маршрутизатор), порты активных устройств могут быть связаны только попарно по топологии "точка-точка".

Классификация сетей  доступа по методам разделения среды

Существует несколько  способов совместной работы нескольких терминалов, использующих общую среду  передачи (разделение среды передачи):