Сайт о телевидении

Добрый день, уважаемое сообщество.

В данной статье хотелось бы немного рассказать о планировании Mobile Backhaul в нашем небольшом операторе связи. Возможно кому-то это покажется интересным, а может быть и полезным.

Начну с того, что наша компания предоставляет услуги мобильной связи 2G/3G и в ближайшее время планирует запуск в коммерцию сети LTE. Наша абонентская база составляет всего около 200 000 человек. Таким образом, по современным меркам, мы являемся довольно маленьким оператором.

И вот, не так давно, перед нами встала задача по модернизации опорной сети передачи данных.

Цель проекта

Как известно, в настоящее время многие операторы связи переводят свои опорные сети на IP.
Это связано с увеличением объемов потребляемого трафика, внедрением новых технологий, таких как VoIP, IPTV, LTE и др.
Переход на IP делает оператора очень гибким, позволяет без проблем наращивать пропускную способность и предоставлять новые сервисы.

Наш оператор не явился исключением и мы также начали проект по строительству Mobile Backhaul.

Что же такое Mobile Backhaul?

Mobile Backhaul - это опорная сеть передачи данных связывающая базовые станции с функциональными элементами 2G/3G/LTE сети (контроллеры базовых станций и др.). А в случае LTE Mobile Backhaul также обеспечивает возможность соединения базовых станций напрямую между собой. Кроме этого Mobile Backhaul должен также обеспечивать возможность предоставления всех необходимых сервисов (синхронизация, качество обслуживания и др.).

Анализ требований к опорной сети

На первом этапе необходимо было понять каким требованиям должна отвечать опорная сеть и какое оборудование для этого должно быть использовано.

После анализа имеющихся у нас задач, было выяснено, что опорная сеть должна выполнять следующие функции:

1) Обеспечивать возможность изоляции различного типа трафика от базовой станции (сигнализация, управление, данные и др.)
2) Обеспечивать возможность подключения корпоративных клиентов с использованием услуги L2VPN/L3VPN
3) Обеспечивать необходимые показатели качества обслуживания (QoS)
4) Обеспечивать возможность синхронизации базовых станций по IP (IEEE 1588)

Таким образом, учитывая эти требования, в опорной сети было решено развернуть технологию MPLS, которая позволяет реализовать поверх себя все (и даже больше) перечисленные функции.

Для построения Mobile Backhaul было выбрано оборудование компании Cisco Systems.
Выбор был сделан с учетом следующих факторов:

1) Наш оператор имеет давние взаимоотношения с компанией Cisco Systems. Вся транспортная сеть построена на оборудовании данной компании.
2) В технологической сети используется оборудование Nokia, которая является партнером Cisco Systems в части построения сетей для операторов связи.
3) В последнее время Cisco выпускает достаточное количество интересного железа для операторов связи, которое очень хорошо вписывается в нашу концепцию.

Проектирование сети

В настоящее время как у Nokia так и у Cisco Systems существует множество вариантов дизайна сети операторов связи. Основной проблемой в нашем случае являлось то, что все эти варианты планировались для больших операторов и никак не соответствовали нашим требованиям.

В частности Cisco предлагает для проектирования опорной сети Unified MPLS Mobile Transport Design Guide (находится в свободном доступе на сайте Cisco Community). В этом Design Guide есть несколько вариантов построения сети, минимальный из которых предусматривает ситуацию, в котором у Вас имеется «менее 1000 узлов доступа». И даже этот вариант оказался большим для нашего оператора (первоначально планируется перевести на IP около 50 базовых станций с дальнейшим увеличением до 300-400). При этом несколько близлежащих базовых станций могут подключаться в один узел доступа.
Таким образом в нашей сети можно рассчитывать максимум на 100-150 узлов доступа.

В связи с вышесказанным, мы приступили к упрощению предложенной Cisco схемой и адаптацией к нашим реалиям.
В итоге получилось следующее:
1) Опорная сеть будет состоять из трех уровней: доступ, агрегация и ядро (для больших решений Cisco использует 5 уровней).
2) На всей опорной сети будет настроен MPLS, вплоть до доступа. Это позволит реализовать весь необходимый нам функционал и обеспечить требуемый уровень обслуживания.
3) Маршрутизация также будет дотянута до узлов доступа, что позволит передавать трафик между соседними базовыми станциями напрямую, минуя агрегацию/ядро.

В качестве узлов доступа были выбраны маршрутизаторы Cisco ASR901, позиционирующиеся как Cell Site Gateway.
Преимуществами данных маршрутизаторов являются: относительно низкая цена, полный набор необходимых фунций, DC питание, низкое энергопотребление и большой набор сетевых интерфейсов.

В качестве узлов агрегации были выбраны коммутаторы Cisco ME3600X. На этих коммутаторах имеется по 24 оптических порта Gigabit Ethernet и два интерфейса 10 Gigabit, что позволяет передавать в ядро большие объемы трафика. Кроме этого эти коммутаторы хорошо поддерживают MPLS и все необходимые фунции.

В качестве ядра опорной сети выступают имеющиеся на данный момент Cisco 7609. Для них лишь были докуплены платы 10 Gigabit для обеспечения необходимой пропускной способности.

В итоге вырисовывается следующая схема:

Все узлы доступа подключаются полукольцом по 3-5 маршрутизаторов, что позволяет сэкономить дорогостоящие порты на коммутаторах агрегации и в то же время обеспечить резервирование в случае единичного отказа устройства или линка. Каждый из узлов агрегации подключается к каждому из узлов ядра, что также обеспечивает необходимый уровень резервированная.

Подключение базовых станций

В нашем случае существует два типа подключения: подключения 2G/3G станций и подключение LTE станций

В случае с LTE все выглядит довольно просто. IP/MPLS протягивается вплоть до ASR901. На ASR 901 настраивается протокол маршрутизации OSPF и необходимые L3VPN (VRF) - в нашем случае это ControlPlane, UserPlane, O&M и SyncroPlane:

ControlPlane - Сигнализация
UserPlane - Данные
O&M - Управление
SyncroPlane - Синхронизация

Базовые станции включаются различными сабинтерфейсами в необходимые им L3VPN.
Эти же L3VPN присутствуют на узлах, к которым подключены MSS/RNC и др. Таким образом связь между базовой станцией и указанными сетевыми элементами осуществляется изолированно внутри L3VPN посредством протокола MP-BGP.

В случае с 2G/3G базовые станции подключаются с помощью TDM/ATM, по которым и передаются данные и служебный трафик. В связи с этим необходимо обеспечить передачу TDM/ATM трафика между базовой станцией и контроллером по IP-сети. Это достигается настройкой L2VPN (Pseudowire) между ASR901 и сайт-коммутаторами к которым подключен RNC. Таким образом все данные передаются по туннелю поверх IP-сети.

В итоге мы получаем единую архитектуру, позволяющую осуществлять подключение различных типов базовых станций, корпоративных клиентов и которая при этом легко масштабируется.
Эта схема в тестовом использовании зарекомендовала себя очень хорошо и готовится к вводу в коммерческую эксплуатацию.

Чтобы не перегружать статью, здесь не были глубоко затронуты вопросы QoS, синхронизации и т.д.
Возможно эти вопросы будут описаны в дальнейшем, если они кого-нибудь заинтересуют.

Транспортные сети, формирующие проводные каналы связи между удален­ными беспроводными сетями, представляют собой совокупность (рис. 1.5):

– проводных линий связи (links), по которым передаются цифровые электриче­ские или оптические сигналы;

– сетевых узлов (network nodes), осуществляющих ретрансляцию сигналов (включая их мультиплексирование/ демультиплексирование) из одних прово­дных линий в другие посредством коммутаторов (на рис. 1.5 показана струк­тура транспортной сети, содержащая 9 коммутаторов, соединенных между собой 15-ю линиями связи).

Современные транспортные сети представляют собой смежные техниче­ские системы, детальные сведения о которых составляют отдельную область знаний . Краткие сведения о характеристиках этих сетей, связанные с после­дующим изложением сведений о BWN, сводятся к следующему (рис. 1.6).

1. Иерархический уровень реализации сетей служит основанием для их раз­деления на две разновидности – первичные и наложенные сети.

Первичные сети (transmission system) обеспечивают физический перенос электрических сигналов от исходного до конечного узла транспортной сети. Одна из важных функций первичных сетей заключается в мультиплексирова­нии/ демультиплексировании сигналов различных источников. Цифровой форме сигнала, которая используется в современных транспортных сетях, соответству­ет мультиплексирование с временным разделением (Time Division Multiplexing –

TDM). По способу синхронизации мультиплексируемых сигналов различают следующие разновидности первичных сетей:

– сети с плезиохронной цифровой иерархией (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH), в которых мультиплексируемые сигналы близки к синхронным, но не строго синхронны; такие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 150 Мбит/с;

– сети с синхронной цифровой иерархией (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) в которых обеспечивается синхронность мультиплексируемых сигналов- та­кие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 10 Гбит/с.

Рис. 1.5. Структура транспортной сети

Очевидно, что скорости передачи информационных потоков в сетях обеих разновидностей позволяют создавать на их основе транспортную инфраструк­туру, удовлетворяющую потребностям развертывания современных BWN.

Наложенные сети (Overlay Network) на основе первичных сетей обеспе­чивают формирование каналов проводной связи и перенос сообщений между входными и выходными узлами. Наложенные сети дополняют первичные сети всеми ресурсами, необходимыми для обеспечения проводного транспорта сиг­налов. Наиболее распространенные разновидности наложенных сетей: – коммутируемая телефонная сеть общего пользования (Public Switche Telephone Network – PSTN), рассчитанная на предоставление каналов со ско­ростью передачи цифровых потоков до 64 кбит/с; такие каналы называют ба­зовыми цифровыми каналами (Digital Signal 0 – DS0 или Bearer channel – channel);

– цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network), рас­считанная на предоставление 23 базовых цифровых каналов в США, и 30 – в Европе (суммарные значения скоростей передачи данных соответственно равны 1.544 Мбит/с и 2.048 Мбит/с);

коммутируемая сеть передачи данных (Public Switched Data Network – PSDN) предназначенная для реализации пакетной передачи данных; примером такой сети является Internet.

Рис. 1.6. Критерии классификации транспортных сетей

2. Способ передачи сообщений. По способу передачи сообщений, все транс­портные сети классифицируются по двум признакам: форма представления со­общений во временной области и способ взаимосвязи абонентов в процессе ин­формационного обмена.

По форме представления во времени сообщение может быть непрерыв­ным (circuit mode) или пакетным (packet mode). Непрерывная форма харак­теризуется неделимостью сообщения на протяжении сеанса связи, пакетная, напротив, его разделением на части, каждая из которых передается отдельно (с последующим восстановлением целостности сообщения посредством объ­единения всех частей в надлежащем порядке узлом получателя). Непрерыв­ность сообщения эквивалентна установлению между исходным и конечным узлами транспортной сети замкнутой линии электрической связи (circuit),

что поясняет происхождение англоязычного термина для обозначения непп рывной передачи. Пакетирование сообщения сочетается с двумя способами передачи пакетов – либо по единой электрической линии, неизменной для всех пакетов сообщения, либо посредством независимой передачи транс­портной сетью каждого пакета, которые в этом случае именуются дейта граммами (datagram).

Форма взаимосвязи абонентов при транспорте сообщений определяется по наличию/отсутствию предварительной договоренности контактирующих сто­рон об обмене сообщениями. Различают две разновидности взаимосвязи або­нентов:

– связь с установлением соединения (connection oriented), соответствующая транспорту сообщений по пути, неизменному на протяжении сеанса связи- установление пути предшествует передаче сообщения (например, по линиям’, связывающим узлы 1 – 4 – 5 – 9 на рис. 1.5);

– связь без установления соединения (connectionless oriented), при которой транспорт сообщений сетью осуществляется без предварительного уста­новления маршрута его передачи; подразумевается возможность прохож­дения различных пакетов/частей сообщения различными путями (напри­мер, в сети, показанной на рис. 1.5, при передаче сообщения между узлами 1-9 возможна передача одного пакета через узлы 4-5, другого – через узлы 7-8, третьего – через узлы 2-3).

Передача без установления соединения может осуществляться только в пакетной (дейтаграммной) форме; непрерывная передача сообщений – только при установлении в транспортной сети соединения; пакетная фор­ма сообщений может подразумевать возможность установления соедине­ния, однако осуществляться без такового. Примером пакетной передачи с установлением соединения является передача IP-пакетов по сетям PSTN и ISDN.

3. Каналы связи транспортной сети принято классифицировать, исходя из формы реализации соединения между конечными узлами линии и пропускной способности каналов.

Реализация соединения между узлами может быть как «физической», так и виртуальной.

Физическое соединение осуществляется путем формирования составной линии, включающей ряд межузловых линий типа «точка-точка» и соединяю­щие их коммутаторы с фиксированным направлением коммутации от входящей к исходящей межузловой линии. Например, физическое соединение узлов 3 и 7 на рис. 1.5 образуется путем создания составной линии, включающей узлы 3, 5, 6, 7 и три межузловых отрезка. Типовым примером транспортных сетей с физической реализацией соединения (circuit mode) могут служить сети PSTN и ISDN.

Виртуальная реализация соединения заключается в пакетной передаче со­общений при неизменном маршруте их следования в транспортной сети (т.е. при неизменном перечне узлов и соединительных линий). Постоянство марш­рута обеспечивается запоминанием направления передачи пакетов (packet switching) в коммутаторах сети. Запоминание осуществляется либо только на время передачи сообщения, чему соответствуют понятие коммутируемого виртуального канала (switched virtual circuit), либо на длительное время, чему соответствуют понятие постоянного виртуального канала (permanent virtual channel).

Создание коммутируемых каналов осуществляется по запросу источника сообщения автоматически, создание постоянных каналов – администратором сети. Примерами виртуальных сетей являются сети PSDN.

Пропускная способность канала, под которой подразумевают возмож­ности последнего по переносу информации за определенный промежуток времени, определяется разновидностью используемых кабельных линий и особенностями мультиплексирования сигналов в коммутаторах. В совре­менных транспортных сетях используют кабели с двумя типами направ­ляющих сред (проводные медные и оптоволоконные) и два упоминавшихся выше способа мультиплексирования – плезиохронный (PDH) и синхрон­ный (SDH). Типовым (но не обязательным) является сочетание использо­вания проводных медных линий с применением PDH и оптоволоконных линий с применением SDH. Первому сочетанию соответствует пропускная способность до 150 Мбит/с, второму – до 10 Гбит/с. Технология синхрон­ного мультиплексирования допускает «надстройку» последнего над пле- зиохронным: таким образом, менее скоростные линии с плезиохронными цифровыми потоками могут подключаться к более скоростным линиям с синхронными потоками.

Цифровые потоки технологии плезиохронных сетей стандартизированы в трех вариантах стандартов: Европейском (Ех), Американском (Тх) и Японском (Jx). Несмотря на общие принципы, в каждом из них использованы различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Каждый из стандартов охватывает несколько уровней цифровой иерархии и имеет несколь­ко символьных обозначений, описывающих технические характеристики интер­фейса и соответствующую скорость передачи данных:

– стандарты Ех, в соответствии со значениями обеспечиваемых скоростей передачи данных, обозначаемые символами Е0, El, Е2, ЕЗ, Е4, Е5;

– стандарты Тх, обозначаемые Tl, Т2, ТЗ, Т4 и Т5 (приняты в США, Японии и Корее);

– стандарты Jx, обозначаемые Jl, J2, J3, J4, J5, хотя чаще встречается другое обозначение: DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, появившееся в результате согласова­ния японской и американской версий стандартов ввиду близости их характе­ристик (фактическая схожесть имеет место для первых двух иерархических уровней).

Базовым цифровым потокам обоих стандартов – Е0 и DS0 – соответствуют одинаковые значения скоростей передачи данных – 64 кбит/с. Иерархия скоро­стей цифровых потоков Е- и Т-версий приведена в табл. 1.1. На практике наи­большее распространение получили цифровые линии El, Т1 и ЕЗ, ТЗ,

Системы SDH, соответствующие международным стандартам синхрс ных первичных транспортных сетей, и системы SONET (Synchronous Opti< Network), отвечающие стандартам США, обеспечивают мультиплексирован цифровых потоков со скоростями порядка сотен и тысяч Мбит/с, что на один-j порядка превышает значения скоростей в плезиохронных системах. Частичн перекрытие стандартизированных значений скорости цифровых потоков дв разновидностей соответствует верхним иерархическим уровням PDH и нижн иерархическим уровням SDH. Базовому значению STM-0 скорости синхроны транспортных систем (Synchronous Transport Mode – STM) соответствует ci рость битового потока 48,96 Мбит/с. Сведения о скоростях передачи данн более высоких уровней (STM-x) представлены в табл. 1.2.

Оптоволоконные кабели обеспечивают передачу информационных noroi со скоростями до 10 Гбит/с, что соответствует стандарту STM-64 (5-го уроЕ иерархии скоростей). Различия скоростей передачи полезной нагрузки (paylo; и общей скорости потока в линиях (line rate) связана с «накладными расходам] обусловленными необходимостью сопровождения полезной информации разнс рода служебными сообщениями, обеспечивающими синхронную передачу }