eng
Выпуск #3-4/2009
А.Масленников.
Оптимизация транспортной инфраструктуры мобильных операторов
Оптимизация транспортной инфраструктуры мобильных операторов
Просмотры: 2242
Ожидаемый рост трафика в мобильных сетях связан с оказанием новых широкополосных сервисов и внедрением мобильных стандартов нового поколения. С каждым годом абонентам требуется все большая полоса пропускания для доступа к содержанию большого объема. Для передачи все возрастающего трафика между базовыми станциями и их контроллерами потребуется оптимизация существующей транспортной инфраструктуры.
Совсем недавно нескольких потоков Е1 было достаточно для передачи сервисов сотовых сетей второго поколения 2G (GSM/GPRS/EDGE), и отчасти – для передачи трафика сетей 3G (UMTS). Но для трафика данных в сетях HSPA, LTE и WiMAX требуется полоса пропускания на порядок больше, и мобильным операторам придется пересмотреть стратегию развития транспортной сети (рис.1). Кроме того, операторы столкнулись с необходимостью одновременной поддержки нескольких поколений и технологий связи. Необходимо гарантировать передачу голосового трафика 2G и 3G, а также обеспечить интенсивную передачу данных для новых приложений и доступа в Интернет с требуемым качеством обслуживания.
В сетях второго поколения доминировал голосовой трафик, поэтому увеличение пропускной способности транспортной сети к базовой станции (БС) пропорционально увеличивало число одновременных разговоров и, соответственно, доход компании. В сетях нового поколения доминирует трафик данных (HSPA), но доход от передачи того же объема информации здесь гораздо ниже. Получается, что возникает разрыв между ростом объема передаваемого трафика и ростом дохода в расчете на одного абонента. Объем передаваемого трафика растет экспоненциально (рис.2), и этот трафик преимущественно составляют данные, но доход он приносит гораздо ниже, чем голосовые сервисы.
Сокращение среднего дохода на абонента (ARPU) вынуждает операторов искать пути сокращения стоимости передачи данных в расчете на один бит информации для того, чтобы достигнуть желаемой прибыли. Здесь можно двигаться в двух направлениях: оптимизировать транспортную сеть для эффективного управления трафиком и мигрировать на новые, более эффективные по цене технологии доступа, такие как Metro Ethernet, IP MPLS и DSL, что в свою очередь открывает возможности для получения новых источников дохода, связанных с сервисами передачи данных.
На первом этапе можно с помощью специализированных шлюзов для базовых станций разделить чувствительный к задержкам голосовой и видеотрафик и пустить его через существующую TDM-сеть, а трафик данных – по альтернативному маршруту через пакетную сеть. Таким образом оператор разгрузит TDM-каналы от менее прибыльного трафика данных и направит инвестиции на развитие современных пакетных сетей NGN. Кроме того, шлюз позволит агрегировать вместе трафик от БС сетей 2G (Е1 TDM) и БС сетей третьего поколения (NodeB) и направить его по любой инфраструктуре. Большинство доступных сейчас базовых станций 3G имеют интерфейс ATM (nxE1 IMA), и для передачи ATM-трафика не придется строить новых ATM-сетей. Передача АТМ поверх TDM-каналов не эффективна из-за статистического характера мультисервисного трафика. Шлюз же позволит, используя технологию псевдопроводного доступа, прозрачно туннелировать АТМ (PWE3)- и TDM (CESoPSN)-трафик через сеть Ethernet/IP/MPLS. Будущие базовые станции IP-NodeB и LTE с интерфейсом Ethernet также могут быть подключены в этот шлюз (рис.3).
Передача HSDPA-трафика по альтернативному маршруту является первым шагом к плавному переходу к полностью IP-сетям (All IP). Решить эту задачу возможно, в частности, посредством псевдопроводных шлюзов серии ACE-3000 компании RAD Data Communications. Эти шлюзы являются многофункциональными универсальными многофункциональными устройствами с возможностью сортировки потоков E1, оптимизации потока данных через Abis-интерфес (между БС и контроллером базовой станции в сетях 2G), статистического мультиплексирования АТМ, функции overbooking и восстановления синхронизации через пакетные сети.
Существующие интерфейсы базовых станций GSM E1 (A bis) можно эффективно оптимизировать, снизив загрузку магистрального канала в два раза при большой или в три раза при малой нагрузке. Это достигается при помощи, во-первых, вырезания пауз в разговоре. Обычно один абонент говорит, а второй в это время слушает. Множество абонентов молчат при разговоре в одном направлении, а другие в другом – вырезая паузы, экономим до 50% пропускной способности канала. Еще больший эффект достигается при дополнительном сжатии данных (GPRS, EDGE) – используется алгоритм, подобный архивированию файлов (ZIP.) Наконец, используется фирменная технология SPD (smart packet drop) – интеллектуальный сброс пакетов с незначащей информацией. При этом сам значащий речевой поток, сжатый GSM-кодеком, дополнительно не сжимается и соответственно качество передачи голоса не ухудшается.
Overbooking – это уменьшение полосы пропускания в магистральном канале за счет статистического мультиплексирования в расчете на то, что не все абоненты одновременно будут пользоваться услугами сети. Число магистральных каналов для голоса уменьшают с коэффициентом 0,6, для данных – с коэффициентом 0,4.
При передаче синхронных данных потока E1 через пакетную сеть возникает проблема передачи и восстановления синхронизации. Эта задача успешно решается с помощью технологии восстановления синхронизации ACR (Advanced Clock Recovery). Кроме того, шлюзы ACE-3220 поддерживают механизм передачи синхронизации по стандарту IEEE 1588-2008, но эта технология эффективна только при ее поддержке на всех промежуточных коммутаторах сети. Также в пакетных сетях возможно получение синхронизации в соответствии со стандартом Sync-E (Synchronous Ethernet) – синхронный Ethernet. Шлюзы ACE могут работать как в режиме Sync-E master, так и slave, т.е. выдавать или принимать информацию о синхронизации.
В качестве магистрали могут использоваться каналы n×Е1, STM 1, ATM, Gigabit Ethernet или DSL (рис.4).
Компания RAD Data Communications имеет успешный опыт внедрения подобных проектов на сетях крупнейших мобильных операторов Западной Европы (Orange, KPN, T-Mobile, EMobile, Telia-Sonera). В Европе большим успехом пользовались подключения БС при помощи шлюзов со встроенными модемами ADSL2+ или SHDSL. В этом случае для передачи трафика HSDPA можно воспользоваться недорогой инфраструктурой, построенной на DSLAM. Оценить примерную экономию от подключения по технологии ADSL2+ по сравнению с традиционным каналом Е1 можно по данным скорости и стоимости (см. табл.).
Решение передачи HSDPA-трафика через сеть ADSL2+ было выбрано оператором T-Mobile в Германии. С помощью оборудования компании RAD немецкий оператор освободил сеть SDH от трафика данных и оставил там только передачу трафика реального времени (голос и видеовызовы). Весь трафик HSDPA передавался по недорогой DSL-инфраструктуре, принадлежащей дочерней компании (рис.5). Это позволило T-Mobile сэкономить на модернизации морально устаревшей SDH-сети и увеличить прибыль от предоставления услуги мобильного Интернета. В России, однако, есть своя специфика, и мобильные операторы предпочитают строить свои сети, а не арендовать каналы у других компаний.
Голландский мобильный оператор KPN использовал решение, основанное на DSL-доступе (SHDSL и ADSL2+), для подключения всего трафика от 2G/3G базовых станций через пакетную сеть. По ряду причин медные линии не популярны в России для подключения БС, и наиболее перспективным будет подключение по беспроводным каналам и по оптоволокну.
Cкандинавский оператор использовал в Финляндии и Швеции шлюзы RAD для подключения базовах станций как по волокну, так и через DSL (рис.6). Ядром MPLS-сети являлись высокопроизводительные маршрутизаторы компании Cisco. Весь трафик передавался через пакетную сеть, причем шлюзы RAD на базовых станциях востанавливали синхронизацию в потоках E1 с помощью фирменной технологии Advanced Clock Recovery.
Использование единой инфраструктуры для передачи трафика от станций разного поколения и основанных на разных технологиях позволило значительно сократить затраты на эксплуатацию сети. Новые пакетные технологии дают возможность оператору гибко обрабатывать мультисервисный трафик с заданным качеством и приотизацией.
В сетях второго поколения доминировал голосовой трафик, поэтому увеличение пропускной способности транспортной сети к базовой станции (БС) пропорционально увеличивало число одновременных разговоров и, соответственно, доход компании. В сетях нового поколения доминирует трафик данных (HSPA), но доход от передачи того же объема информации здесь гораздо ниже. Получается, что возникает разрыв между ростом объема передаваемого трафика и ростом дохода в расчете на одного абонента. Объем передаваемого трафика растет экспоненциально (рис.2), и этот трафик преимущественно составляют данные, но доход он приносит гораздо ниже, чем голосовые сервисы.
Сокращение среднего дохода на абонента (ARPU) вынуждает операторов искать пути сокращения стоимости передачи данных в расчете на один бит информации для того, чтобы достигнуть желаемой прибыли. Здесь можно двигаться в двух направлениях: оптимизировать транспортную сеть для эффективного управления трафиком и мигрировать на новые, более эффективные по цене технологии доступа, такие как Metro Ethernet, IP MPLS и DSL, что в свою очередь открывает возможности для получения новых источников дохода, связанных с сервисами передачи данных.
На первом этапе можно с помощью специализированных шлюзов для базовых станций разделить чувствительный к задержкам голосовой и видеотрафик и пустить его через существующую TDM-сеть, а трафик данных – по альтернативному маршруту через пакетную сеть. Таким образом оператор разгрузит TDM-каналы от менее прибыльного трафика данных и направит инвестиции на развитие современных пакетных сетей NGN. Кроме того, шлюз позволит агрегировать вместе трафик от БС сетей 2G (Е1 TDM) и БС сетей третьего поколения (NodeB) и направить его по любой инфраструктуре. Большинство доступных сейчас базовых станций 3G имеют интерфейс ATM (nxE1 IMA), и для передачи ATM-трафика не придется строить новых ATM-сетей. Передача АТМ поверх TDM-каналов не эффективна из-за статистического характера мультисервисного трафика. Шлюз же позволит, используя технологию псевдопроводного доступа, прозрачно туннелировать АТМ (PWE3)- и TDM (CESoPSN)-трафик через сеть Ethernet/IP/MPLS. Будущие базовые станции IP-NodeB и LTE с интерфейсом Ethernet также могут быть подключены в этот шлюз (рис.3).
Передача HSDPA-трафика по альтернативному маршруту является первым шагом к плавному переходу к полностью IP-сетям (All IP). Решить эту задачу возможно, в частности, посредством псевдопроводных шлюзов серии ACE-3000 компании RAD Data Communications. Эти шлюзы являются многофункциональными универсальными многофункциональными устройствами с возможностью сортировки потоков E1, оптимизации потока данных через Abis-интерфес (между БС и контроллером базовой станции в сетях 2G), статистического мультиплексирования АТМ, функции overbooking и восстановления синхронизации через пакетные сети.
Существующие интерфейсы базовых станций GSM E1 (A bis) можно эффективно оптимизировать, снизив загрузку магистрального канала в два раза при большой или в три раза при малой нагрузке. Это достигается при помощи, во-первых, вырезания пауз в разговоре. Обычно один абонент говорит, а второй в это время слушает. Множество абонентов молчат при разговоре в одном направлении, а другие в другом – вырезая паузы, экономим до 50% пропускной способности канала. Еще больший эффект достигается при дополнительном сжатии данных (GPRS, EDGE) – используется алгоритм, подобный архивированию файлов (ZIP.) Наконец, используется фирменная технология SPD (smart packet drop) – интеллектуальный сброс пакетов с незначащей информацией. При этом сам значащий речевой поток, сжатый GSM-кодеком, дополнительно не сжимается и соответственно качество передачи голоса не ухудшается.
Overbooking – это уменьшение полосы пропускания в магистральном канале за счет статистического мультиплексирования в расчете на то, что не все абоненты одновременно будут пользоваться услугами сети. Число магистральных каналов для голоса уменьшают с коэффициентом 0,6, для данных – с коэффициентом 0,4.
При передаче синхронных данных потока E1 через пакетную сеть возникает проблема передачи и восстановления синхронизации. Эта задача успешно решается с помощью технологии восстановления синхронизации ACR (Advanced Clock Recovery). Кроме того, шлюзы ACE-3220 поддерживают механизм передачи синхронизации по стандарту IEEE 1588-2008, но эта технология эффективна только при ее поддержке на всех промежуточных коммутаторах сети. Также в пакетных сетях возможно получение синхронизации в соответствии со стандартом Sync-E (Synchronous Ethernet) – синхронный Ethernet. Шлюзы ACE могут работать как в режиме Sync-E master, так и slave, т.е. выдавать или принимать информацию о синхронизации.
В качестве магистрали могут использоваться каналы n×Е1, STM 1, ATM, Gigabit Ethernet или DSL (рис.4).
Компания RAD Data Communications имеет успешный опыт внедрения подобных проектов на сетях крупнейших мобильных операторов Западной Европы (Orange, KPN, T-Mobile, EMobile, Telia-Sonera). В Европе большим успехом пользовались подключения БС при помощи шлюзов со встроенными модемами ADSL2+ или SHDSL. В этом случае для передачи трафика HSDPA можно воспользоваться недорогой инфраструктурой, построенной на DSLAM. Оценить примерную экономию от подключения по технологии ADSL2+ по сравнению с традиционным каналом Е1 можно по данным скорости и стоимости (см. табл.).
Решение передачи HSDPA-трафика через сеть ADSL2+ было выбрано оператором T-Mobile в Германии. С помощью оборудования компании RAD немецкий оператор освободил сеть SDH от трафика данных и оставил там только передачу трафика реального времени (голос и видеовызовы). Весь трафик HSDPA передавался по недорогой DSL-инфраструктуре, принадлежащей дочерней компании (рис.5). Это позволило T-Mobile сэкономить на модернизации морально устаревшей SDH-сети и увеличить прибыль от предоставления услуги мобильного Интернета. В России, однако, есть своя специфика, и мобильные операторы предпочитают строить свои сети, а не арендовать каналы у других компаний.
Голландский мобильный оператор KPN использовал решение, основанное на DSL-доступе (SHDSL и ADSL2+), для подключения всего трафика от 2G/3G базовых станций через пакетную сеть. По ряду причин медные линии не популярны в России для подключения БС, и наиболее перспективным будет подключение по беспроводным каналам и по оптоволокну.
Cкандинавский оператор использовал в Финляндии и Швеции шлюзы RAD для подключения базовах станций как по волокну, так и через DSL (рис.6). Ядром MPLS-сети являлись высокопроизводительные маршрутизаторы компании Cisco. Весь трафик передавался через пакетную сеть, причем шлюзы RAD на базовых станциях востанавливали синхронизацию в потоках E1 с помощью фирменной технологии Advanced Clock Recovery.
Использование единой инфраструктуры для передачи трафика от станций разного поколения и основанных на разных технологиях позволило значительно сократить затраты на эксплуатацию сети. Новые пакетные технологии дают возможность оператору гибко обрабатывать мультисервисный трафик с заданным качеством и приотизацией.
Отзывы читателей
