Konwergencja usług w sieciach komputerowych Michał Kuźniarek Poznań 2007

Zakres pracy Przegląd i charakterystyka konwergencji usług w zastosowaniach telekomunikacyjnych, biznesowych i operatorskich Opracowanie przykładowego projektu konwergencji usług Przygotowanie materiałów dydaktycznych na stronie internetowej

Co oznacza termin konwergencja ? Określenie “konwergencja” oznacza w węższym znaczeniu zespolenie wszystkich typów i funkcji kanałów komunikacyjnych służących do transmisji głosu, obrazu, danych oraz aplikacji w jedną wielousługową, szerokopasmową sieć opartą na protokole IP (ang. Internet Protocol).

Co oznacza termin konwergencja ? W szerszym znaczeniu „konwergencja” oznacza wzajemne kojarzenie wielu dziedzin związanych z telekomunikacją. Przykładowo: łączny przekaz informacji głosowych i danych, integracja przekazów głosu przez sieci IP ,współdziałanie telefonu z komputerem (na przykład Call Center) , integracja sieci lokalnych z rozległymi, współdziałanie sieci bezprzewodowych i stałych itp.

Rysunek 1. Istota sieci konwergentnej [3] Istota konwergencji Rysunek 1. Istota sieci konwergentnej [3]

Istota konwergencji c.d. Jak widać na rysunku numer 1 przyszłościowo czeka nas integracja wielu rodzajów sieci bezprzewodowych i przewodowych w jedną szerokopasmową, wielousługową, konwergentną sieć opartą na protokole IP, która będzie dostarczać nam wszystkie stosowane do tej pory usługi oraz nowe rozwiązania telekomunikacyjne tworzone z połączenia odrębnych dotychczas usług. Oczywiście procesy wdrażania takich sieci dokonują się powoli i stopniowo, ponieważ wymagają jeszcze czasu i dużych nakładów pieniężnych, które są niezbędne, aby operatorzy telekomunikacyjni mogli nabyć i skutecznie wprowadzić najnowsze rozwiązania technologiczne projektowane z myślą o tworzeniu sieci konwergentnych.

Konwergencja w zastosowaniach biznesowych i operatorskich Istniejący od kilku lat gwałtowny wzrost popytu na usługi dostępu do Internetu, transmisji danych, obrazu i głosu wymusza na operatorach i przedsiębiorstwach telekomunikacyjnych dostosowanie posiadanej struktury istniejących sieci transmisyjnych do nowych wymagań, stawianych przez tysiące użytkowników i ich aplikacji , które potrzebują dla swoich zadań szerokiego zakresu przepustowości. Chcąc umożliwić jednoczesne przesyłanie różnego rodzaju sygnałów operatorzy telekomunikacyjni wprowadzają sieci konwergentne.

Konwergencja w zastosowaniach biznesowych i operatorskich c.d. Sieć konwergentna stanowi jednolitą, wielousługową i szerokopasmową infrastrukturę sieciową charakteryzującą się bardzo dużą skalowalnością, czyli możliwością rozbudowy sieci w miarę wzrostu potrzeb transmisyjnych, wysoką niezawodnością działania, zarządzalnością oraz zapewnieniem wysokiego poziomu jakości usług oferowanych klientom końcowym QoS (ang. Quality of Service). Tylko zastosowanie przez operatorów najnowszych technologii i urządzeń sieciowych czołowych producentów takich jak na przykład Cisco Systems, Alcatel - Lucent, Siemens, 3Com, Extreme Networks, umożliwia im stworzenie sieci o takich właściwościach [4].

Konwergencja w zastosowaniach biznesowych i operatorskich c.d. Dla klientów indywidualnych operatorzy telekomunikacyjni stosują konwergencję wdrażając strukturę “Digital Home”. Rysunek 2. Digital Home [6]

Konwergencja w zastosowaniach biznesowych i operatorskich c. d Konwergencja w zastosowaniach biznesowych i operatorskich c.d. - „Digital Home” Tradycyjne rozwiązania polegały na dostarczaniu usług takich jak telewizja, internet i telefonia przy pomocy różnych, odrębnych rodzajów sieci, z których każda miała swoje jedno, konkretne zadanie. Wprowadzanie konwergencji przez operatorów zmienia sposób doprowadzania usług do domów klientów. Operator stosujący podejście “cyfrowego domu” doprowadza do klienta jedną, nową usługę “Triple Play”, która umożliwia abonentom odbiór różnorodnych usług szerokopasmowych, obejmujących dostęp do Internetu, przekaz wielu kanałów telewizyjnych, realizację usług wideo na żądanie (ang. Video on Demend) , dostęp do wirtualnych wypożyczalni filmów, prowadzenie wideokonferencji oraz usługi telefonii IP (ang. VoIP) [6][7].

Konwergencja w zastosowaniach biznesowych i operatorskich c.d. Operatorzy koncentrują się również na rozwiązaniach kierowanych przede wszystkim dla klientów biznesowych, do których oferty usługowe są również interesujące. Duże firmy lub przedsiębiorstwa potrzebują oprócz wcześniej wymienionych rozwiązań takich jak na przykład telefonia internetowa (VoIP) przede wszystkim dużej przepustowości łączy, aby móc szybko komunikować się ze swoimi odległymi filiami lub kontrahentami, wykonywać liczne wideokonferencje, przekazy multimedialne, szkolenia pracowników on-line, e-commerce (handel elektroniczny) itp. Usługodawcy mogą zaoferować podmiotom biznesowym optyczne kanały transportowe o przepustowości nawet do 1Gb/s, zapewniając wysoki poziom oferowanych usług (QoS) [7].

Konwergencja w zastosowaniach biznesowych i operatorskich c.d. Podstawowe korzyści dla klientów sieci konwergentnych: Ø integracja wielu usług i technologii w ramach jednolitej infrastruktury Ø obniżenie kosztów instalacji i utrzymywania takiej sieci Ø łatwiejsze zarządzanie całym systemem od strony użytkownika Ø zgodność z powszechnie występującymi standardami Ø gwarancja ciągłości transmisji nawet w przypadku wystąpienia awarii ( dzięki zastosowaniu nadmiarowości urządzeń i łączy) Ø wysoka skalowalność Ø zagwarantowanie przez operatora telekomunikacyjnego wysokiego poziomu jakości usług

Konwergencja w zastosowaniach telekomunikacyjnych Koncentrując się na węższym znaczeniu pojęcia konwergencja, czyli zespoleniu wszystkich typów i funkcji kanałów komunikacyjnych służących do transmisji głosu, obrazu, danych oraz aplikacji w jedną wielousługową, szerokopasmową strukturę opartą na protokole IP w branży teleinformatycznej możemy wyróżnić następujące obszary konwergencji: Ø Konwergencja sieci Ø Konwergencja usług

Konwergencja sieci Zachodzące od kilku lat zmiany w sposobach komunikacji pomiędzy użytkownikami końcowymi powodują konwergencję sieci. Zjawisko to przejawia się wzajemnym łączeniem i przenikaniem, ze stopniowym zanikaniem różnic w jakości świadczonych usług między sieciami pochodzenia komputerowego (projektowanych z myślą o przesyłaniu danych) a publicznymi sieciami telekomunikacyjnymi projektowanymi do przekazu głosu. Ze względu na dużą konkurencję na rynku telekomunikacyjnym żadna z tych sieci nie jest w stanie efektywnie funkcjonować jako struktura samodzielna, gdyż wiąże się to z małą ilością oferowanych klientom usług [1][2].

Konwergencja sieci c.d. Tworzone sieci konwergentne nazywane NGN (ang. Next Generation Networking) obejmujące różne rodzaje dotychczasowych sieci komunikacyjnych mogą zapewnić wiele różnorodnych, atrakcyjnych dla klientów usług, spełniających mechanizmy QoS. Wymienić tu można na przykład: przekaz obrazów nieruchomych (zdjęcia) i ruchomych (wideo, filmy, telewizja), integrację telefonii stacjonarnej i internetowej, jednoczesny przekaz głosu i danych (pliki komputerowe) itp. Należy tu zaznaczyć, że w przypadku sieci NGN całkowicie wyeliminowano separację głosu i danych, zastępując ją jednolitą pakietową siecią transportową, wspólną dla wszystkich przekazów multimedialnych (głos, dane, obraz).

sieci i świadczonych przez nie usług [8] Konwergencja sieci c.d. Rysunek 3. Przykład uproszczonej architektury sieci konwergentnej łączącej różne rodzaje sieci i świadczonych przez nie usług [8]

Konwergencja sieci c.d. Wśród najważniejszych elementów sieci konwergentnych wyróżnić należy: Brama medialna Węzeł Softswitch Przełączniki wielousługowe Routery wielousługowe Terminale do usług TriplePlay Oprogramowanie Call Manager wykorzystywane w aaprzypadku telefonii IP Przewodowe i bezprzewodowe telefony IP Urządzenia Set-Top Box służące do odbioru telewizji IPTV Protokół SIP (ang. Session Initiation Protocol)

Konwergencja sieci c.d. Rysunek 4. Różnica pomiędzy klasycznym sposobem tworzenia sieci a siecią konwergentną

Konwergencja usług Pod pojęciem konwergencji usług należy rozumieć świadczenie przez operatorów podobnych lub identycznych usług za pomocą różnych, odmiennych środków telekomunikacyjnych, które przynależą do różnych sieci i technologii.

Konwergencja usług Usługi konwergentne w założeniu mają zaspokajać wszystkie potrzeby klienta (przedsiębiorstwa, urzędu, korporacji, abonenta) w zakresie pełnej transmisji głosu, obrazu i danych niezależnie od rodzaju sieci i odległości między abonentami.

Konwergencja usług Rysunek 2.6. Istota konwergencji usług

Konwergencja usług Do podstawowych wymagań, które są stawiane nowym usługom w sieciach konwergentnych należą [9]: Ø Przesyłanie w czasie rzeczywistym Ø Natychmiastowa dostępność Ø Trwałość usługi Ø Zapewnienie wysokiego poziomu jakości usług (QoS) zarówno w połączeniach lokalnych jak i długodystansowych Ø Otwartość na możliwą w przyszłości realizację nowych usług przy wykorzystaniu usług już istniejących

Konwergencja usług

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Brama medialna Wprowadzając sieci konwergentne niezbędne jest zastosowanie elementów służących do konsolidacji różnych mechanizmów transportowych w ramach jednego wspólnego rozwiązania. Zadanie to wykonywane jest przez bramy medialne MGW (ang. Media Gateway). Umiejscowienie bram MGW w architekturze sieci NGN przedstawia rysunek 7. Bramy MGW stanowią rozproszone elementy połączeniowe sieci konwergentnych, które konsolidują różne odmienne na przykład ze względu na stosowane protokoły, algorytmy, sposoby transmisji itd. mechanizmy transportowe, a także umożliwiają korzystanie z dotychczas wykorzystywanego tradycyjnego sprzętu opartego na technologii multipleksowania z podziałem czasu TDM. W rozwiązaniach praktycznych powszechnie stosowanym rozwiązaniem bram medialnych jest komunikacja przez wiele otwartych interfejsów, zdolnych do komunikowania się zarówno z pakietową siecią transportową, jak i z zewnętrznym sprzętem telekomunikacyjnym użytkownika [8].

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Brama medialna Rysunek 7. Umiejscowienie bram medialnych w sieciach NGN [9]

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Softswitch W nowoczesnych sieciach następnej generacji (NGN) bramy medialne wraz ze współpracującymi z nimi telekomunikacyjnymi systemami przełączającymi typu softswitch są najnowszym rozwiązaniem współczesnego centrum przełączania informacji w sieciach telekomunikacyjnych. Softswitch jest elementem sieci, który służy do zapewnienia właściwego sterowania realizowanych połączeń oraz wspomagania mediacji między sieciami pakietowymi (IP lub ATM) a komutowanymi TDM. Ponadto w sieciach konwergentnych bardzo ważnym zadaniem jest wydzielanie i przekazywanie sygnalizacji, która zapewnia współpracę wielu poszczególnych, rozproszonych bram medialnych MGW. Softswitch fizycznie realizowany jest w postaci specjalnego serwera, który stanowi inteligentne centrum sterowania bramami MGW i innymi rozproszonymi elementami sieci [9]. W serwerach tych zarejestrowane są kompletne procesy realizacji wszystkich usług dla konkretnych aplikacji, którymi ma sterować i zarządzać dany softswitch.

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Softswitch Rysunek 8. Sterowanie połączeniami i sygnalizacja w sieciach NGN poprzez węzeł softswitch [9]

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Przełączniki i routery wielousługowe Wraz z rozwojem sieci konwergentnych zwiększa się oferta urządzeń sieciowych projektowanych z myślą o sieciach NGN. Przełączniki i routery czołowych producentów takich jak na przykład CISCO przeszły istotną ewolucję, aby móc pracować jako urządzenia wielofunkcyjne, realizujące takie zadania jak np. wielousługowa integracja transmisji głosu, obrazu i danych w sieciach IP, kompresja głosu do postaci pakietowej i jego konwergencja z danymi przesyłanymi w sieciach IP, zapewnienie QoS dla nowych nie oferowanych wcześniej usług, szyfrowanie połączeń telefonii VoIP, zapewnienie bezpiecznych połączeń SSL VPN pomiędzy oddziałami firm, zaawansowane zapory sieciowe, obsługę systemów zapewniających wysoki poziom bezpieczeństwa takich jak IPS (Intrusion Prevention Systems) i IDS (Intrusion Detection System) a także urządzenia te muszą oferować różne możliwości optymalizacji działania rozmaitych aplikacji sieciowych, w tym akcelerację ruchu www, równoważenie obciążeń serwerów ora z buforowanie i optymalizacja ruchu WAN [11].

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Terminal usług „TriplePlay” Rysunek 9. Terminal usług „TriplePlay”

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Terminal usług „TriplePlay” Urządzenie to umożliwia podłączenie tradycyjnych telefonów stacjonarnych, bezprzewodowych oraz IP, podłączenie komputerów PC lub laptopów przy pomocy portu RJ-45, USB lub Wi-Fi (najczęściej w standardzie 802.11b lub 802.11g) i uzyskaniu dostępu do Internetu a także podłączenie przy pomocy kabla typu skrętka i gniazda RJ-45 urządzenia Set-top Box umożliwiającego oglądanie telewizji i VoD na telewizorze.

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Call Manager i telefony IP Call Manager jest oprogramowaniem instalowanym na dedykowanym dla niego serwerze MCS (ang. Media Convergence Server) wewnątrz lokalnej sieci komputerowej, który przejmuje funkcje centrali telefonicznej dla telefonii IP. W celu zapewnienia wysokiego poziomu niezawodności, stosuje się klaster kilku serwerów MCS, które potrafią obsłużyć nawet do 30000 abonentów [12]. Podłączeni do call managera abonenci nie muszą znajdować się w jednej lokalizacji, lecz mogą się też znajdować w odległych miejscach połączonych z centralą siecią komputerową MAN lub WAN. Ma to miejsce na przykład w przypadku połączenia siedziby głównej firmy i jej odległego oddziału.

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Call Manager i telefony IP Wybrane najważniejsze funkcje oprogramowania Call Manager [12]: Ø Zestawianie połączeń pomiędzy telefonami IP użytkowników Ø Realizacja połączeń telekonferencyjnych i wideokonferencyjnych Ø Obsługa połączeń do aparatów analogowych Ø Przekierowanie połączeń na przykład w sytuacji niedostępności, zajętości numeru lub braku odpowiedzi Ø Przyjmowanie połączeń tylko do określonego numeru lub grupy Ø Identyfikacja numeru przychodzącego Możliwość definiowania blokady dzwonienia w wybranych dniach i godzinach Przesyłanie sygnału zajętości po analogowych liniach PSTN Możliwość obsługi telefonów analogowych i faksów dzięki zastosowaniu specjalnych adapterów Obsługa protokołu SIP Zintegrowane rozwiązanie obsługi poczty głosowej Możliwość obsługi automatycznego przypisywanie numerów wewnętrznych telefonom IP Ø Przeglądanie książki adresowej Ø Obsługa aplikacji XML na telefonach IP Ø Odtwarzanie muzyki dla połączeń oczekujących (Music on Hold) Ø Automatyczne wybieranie linii dla połączeń wychodzących

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Call Manager i telefony IP Telefony IP to aparaty telefoniczne podłączane bezpośrednio do sieci komputerowej poprzez gniazdo RJ-45. Najczęściej telefon taki posiada wbudowany dwuportowy przełącznik, dzięki czemu możliwe jest podłączenie telefonu IP i komputera za pomocą jednego kabla sieciowego (ethernet). Telefony IP poza prowadzeniem rozmów umożliwiają również realizację zestawiania połączeń konferencyjnych, zawieszania i przenoszenia połączeń, prezentację numeru lub imienia i nazwiska dzwoniącego (caller ID) a obsługa aplikacji XML przez telefony IP daje dodatkowe możliwości takie jak na przykład: centralna książka telefoniczna obejmująca całą firmę i jej oddziały, umożliwiająca wyszukiwanie abonentów według określonego kryterium, prywatna książka telefoniczna, czyli książka tylko wybranych przez danego użytkownika abonentów (odpowiednik książki telefonicznej w telefonach komórkowych), wysyłanie krótkich wiadomości tekstowych SMS pomiędzy telefonami IP, rozsyłanie wiadomości do grupy użytkowników, wyświetlanie kursów giełdowych lub walut na ekranie telefonu i inne.

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Telefony IP Rysunek 10. Przykładowy przewodowy 7970 i bezprzewodowy 7920 telefon IP firmy Cisco

Charakterystyka najważniejszych elementów sieci konwergentnych - Set-Top Box W przypadku korzystania z usługi IPTV (ang. Internet Protocol Television) czyli przesyłania obrazu wizyjnego poprzez sieć IP konieczne jest podłączenie po stronie klienta urządzenia Set-Top Box (STB) , które jest podłączane do telewizora i w ten sposób użytkownik ma możliwość oglądania telewizji lub na przykład korzystania z usługi VoD. STB zamienia wizyjny sygnał cyfrowy na postać zrozumiałą dla standardowych odbiorników telewizyjnych a połączenie z telewizorem wykonywane jest przy wykorzystani typowego portu SCART. Urządzenie Set-Top Box może realizować swoje funkcje przy pomocy następujących rodzajów połączeń z operatorem: Połączenia przewodowe: Łącze ethernetowe Łącze telewizji kablowej Linia DSL Połączenia bezprzewodowe: Antena satelitarna Antena UHF/VHF

Bibliografia [1] Dodatek “Sieci Konwergentne”, NetWorld Luty 2001 [2] A. Urbanek Czas konwergencji (I) NetWorld Wrzesień 1999 [3] ETRI – Electronics and Telecommunications Research Institute, Artykuł “Convergence Service of Fixed and Mobile Network” [4] http://www.alma.biz.pl [5] A. Urbanek Czas konwergencji (II) – Scalanie sieci, NetWorld Październik 2000 [6] S. Kosieliński Między 3 a 4, NetWorld Listopad 2006 [7] A. Urbanek Ewolucja w sieciach NGN, NetWorld Marzec 2005 [8] M. Sewera Sieci wielousługowe, NetWorld Wrzesień 2002 [9] A. Urbanek NGN – u progu sieci następnej generacji (część 1), NetWorld Luty 2002 [10] HP Innovation – Convergence: Preparing the Enterprise Network http://www.procurve.com [11] T. Janoś Przełączniki następnej generacji , NetWorld Maj 2006 [12] http://www.cisco.com [13] J. Chustecki, T. Janoś Routery i przełączniki – konwergencja i gigabity, NetWorld Listopad 2006 [14] http://www.tp.pl/prt/pl/klienci_ind/internet/internet_w_domu/livebox_tp [15] http://www.avsystems.pl [16] A. Urbanek NGN – u progu sieci następnej generacji (część 2), NetWorld Styczeń 2003 [17] http://www.networld.pl/artykuly/28243.html

Koniec