Диалектика переходного периода
Сергей Орлов
JMS, подсистема IP-мультимедиа, позволяет операторам использовать единую конвергентную коммуникационную инфраструктуру и внедрять приложении, функционирующие в разных сетевых средах.
Конвергенция сетей и услуг связи предполагает интеграцию сетей с коммутацией каналов и пакетов, передачу в одной сети голоса, видео и данных, независимость от устройств и прозрачность сервисов, поддержку коллективной работы с применением различных приложений. Комплексный сервис на базе проводных и беспроводных сетей передачи голоса и данных, включая инфраструктуру мобильной связи, мог бы содействовать внедрению новых прибыльных услуг для частных и корпоративных клиентов, компенсировать снижение доходов от традиционных видов коммуникации и способствовать увеличению показателей прибыли на абонента (Average Revenue Per User, ARPU). В мобильных сетях наряду с голосовыми услугами ключевой становится передача данных и реализуемые на ее основе приложения, а в перспективе провайдеры ориентируются на мультимедиа. Характер потребления услуг меняется, поэтому говорят уже не об абонентах, а о пользователях сетей подвижной связи.
Многие поставщики инфраструктурных и корпоративных решений продвигают концепцию «мобильного офиса» и «виртуального предприятия», однако пока такие решения носят, как правило, частный характер, реализуются на основе собственных технологий и разработок конкретных производителей, поддерживают разные протоколы передачи голоса, данных и управления. Тем не менее Андреас Херден, директор подразделения корпоративных сетей Nortel в Центральной и Восточной Европе, полагает, что в будущем эти решения будут базироваться на конвергентной платформе в соответствии с общим стандартом мультимедийных коммуникаций, при этом защищенный доступ к бизнес-приложениям будет возможен с разнообразных устройств.
Согласно теперешней точке зрения, основой конвергенции должны быть сети на базе протокола IP, поскольку их применение открывает широкие возможности развертывания новых услуг. В этом контексте сети следующего поколения (NGN) и технология IP/MPLS рассматриваются как оптимальный по цене/качеству вариант для транспортировки мультимедийного трафика. Между тем операторам крайне необходимо более эффективно организовать эксплуатацию своих сетей, снизить расходы, ускорить вывод на рынок пакетов услуг с учетом требований пользователей. Внедрение решений на базе IP в мобильных сетях помогает справляться с растущими объемами передачи данных, обеспечивать прозрачную тарификацию и упрощать интеграцию услуг.
Как показывают исследования Lucent Bell Labs, в результате предложения комбинированных услуг, объединяющих ранее раздельные сервисы, типичный оператор может рассчитывать на 40-процентное увеличение ARPU в течение пяти лет. Комбинирование услуг предполагает взаимодействие абонентов в реальном времени с передачей голоса, данных и видео по технологии IP по сетям различных типов, включая проводные, Wi-Fi и 3G. Наряду с увеличением ARPU операторам приходится решать задачи повышения качества обслуживания и ведения расчетов, эффективного внедрения услуг и снижения операционных расходов, автоматизации процессов, выхода на новые рынки, реагирования на изменение тенденций и повышения лояльности пользователей.
Новые цели ставят перед собой и операторы фиксированных сетей связи вследствие ужесточающейся конкуренции с альтернативными операторами и операторами Internet-телефонии, миграции голосового трафика в мобильную сеть, необходимости замены устаревающих АТС, потребности снижения стоимости обслуживания. По мнению Алексея Шалагинова, заместителя директора департамента международного маркетинга Huawei Technologies, операторы остро нуждаются в технологиях, с помощью которых они могли бы участвовать в процессе создания дополнительной стоимости, тарифицировать новые услуги и управлять ими. В результате поставщики услуг традиционной фиксированной связи стремятся предоставлять сервис на основе широкополосных технологий и модернизировать телефонные сети. Россия переживает бум выделенных домашних подключений: число частных пользователей ADSL уже составляет 300—350 тыс., а к концу года может превысить 500 тыс.
Увеличивается и число точек общественного доступа в сетях WLAN — к январю их будет не менее 600—650. Ряд российских операторов занимается проектами по интеграции сетей GSM/EDGE и Wi-Fi, решая задачи единой аутентификации пользователей и бил-линга, внедрения услуги единого номера и новых приложений на базе протокола SIP. Передача голоса все чаще рассматривается как одно из приложений в сети IP.
Несмотря на первые успехи в интеграции раздельных сетей, пользователь вынужден работать с разнообразными терминалами, поддерживающими многочисленные протоколы и правила доступа. Многие из них недостаточно интеллектуальны для мультимедийных услуг, а структура сетей связи,, когда разные сети используются для разных услуг, чрезмерно сложна. Иначе говоря, нужна технология, способная предоставить удобные интеллектуальные средства связи и решить проблемы сигнализации и управления сеансами при реализации мультимедийных услуг, при этом архитектура сетей должна способствовать внедрению новых видов сервиса. Как отмечают в Alcatel, отход от вертикально интегрированных элементов традиционных сетей с коммутацией каналов в пользу более эффективной архитектуры на базе стандартных технологий с горизонтальными уровнями доступа, управления сеансами и приложениями мог бы означать фундаментальный сдвиг в телекоммуникационной отрасли.
От NGN к IMS
Для эффективного объединения средств передачи голосового и мультимедийного трафика в рамках единой мультисервисной платформы на основе общепринятых стандартов была предложена технология IP Multimedia Subsystem (IMS) — сервисная подсистема IP-мультимедиа. Вот уже несколько лет она продвигается производителями и отраслевыми консорциумами как Способ решения целого ряда проблем современных телекоммуникаций. Эта открытая стандартизированная архитектура мультимедийных сетей NGN объединяет передачу голоса и данных в рамках единой пакетной сети с разделением управления вызовами и голосового трафика, роумингом вызовов между мобильными и фиксированными сетями. Предполагается, что, как унифицирующая технология, она будет способствовать конвергенции сетей, разработке приложений, развертыванию новых услуг и снижению издержек благодаря применению открытых стандартов.
IMS разработана в 2002 г. консорциумом 3rd Generation Partnership Project (3GPP) для сетей 3G/W-CDMA и стандартизована в спецификациях 3GPP R.5. Позднее созданной моделью воспользовались сразу несколько организаций: 3GPP2, занимающаяся разработками для сетей CDMA2000, European
Telecommunications Standards Institute (ETSI), группа Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN), работающая в области конвергенции фиксированных сетей. Альянс Open Mobile Alliance (ОМА) определил приложения и услуги, работающие поверх IMS, a Internet Engineering Task Force (IETF) — протоколы сетевого уровня. ETSI, отраслевые группы форума мультисервисной коммутации (Multiservice Switching Forum, MSF) и альянса для продвижения решений для телекоммуника-ционной отрасли (Alliance for Telecommunications Industry Solutions, ATIS) одобрили IMS в качестве основы сетевой инфраструктуры следующего поколения.
IMS определяет стандартную базовую архитектуру для предоставления услуг передачи голоса (VoIP) и мультимедиа на основе разработанного 3GPP варианта SIP, а в качестве транспортной инфраструктуры предусматривается использование IP/MPLS (или любой сети IP). Цель состояла в создании операторам сетей NGN условий для внедрения мультимедийных услуг вместе с развитыми функциями управления, а операторам мобильных сетей — для предоставления услуг на базе IP. IMS (3GPP R.5) предусматривает поддержку сетей GSM/GPRS (2G) и W-CDMA/UMTS (3G). В версии от 3GPP2 добавлена поддержка WLAN и CDMA2000, мультимедийных услуг реального времени (MultiMedia Domain, MMD). Версии 3GPP R.6 и R.y нацелены на конвергенцию мобильных и фиксированных сетей (Mobile Fixed Convergence, MFC).
Предпосылкой к разработке IMS стало появление в 1998 г. серверов приложений и шлюзов Parlay. Последние должны были способствовать развитию рынка поставщиков контента путем обеспечения совместимости услуг. Дальнейшие же усовершенствования позволили применять данную технологию в сетях 3G. К числу важных преимуществ IMS относится наличие разнообразных интерфейсов, таких, как Parlay, CAMEL и INAP, с помощью которых услуги можно адаптировать для различных терминалов вне зависимости от типа сети и организации роуминга. Разработанные форумом Parlay совместно с 3GPP и ETSI интерфейсы Parlay API упрощают создание приложений, в частности, благодаря тому, что от разработчиков не требуется знания специфики сигнализации SIP, SS7, ISDN и др.
Стандарты 3GPP определяют горизонтальную многоуровневую архитектуру IMS с уровнями услуг, управления и связи/взаимодействия. Концепция IMS нацелена на реализацию мультимедийных услуг реального времени (голосовые коммуникации, видеотелефония и др.), интеграцию с приложениями, не требующими взаимодействия в реальном времени (потоковое мультимедиа, чаты и проч.), на поддержку различных комбинированных услуг. Новые версии IMS требуют наличия опорной сети с поддержкой IPv6, при этом предусматривается взаимодействие с сетями IPv4, а также с сетями с коммутацией каналов (фиксированными или мобильными).
В модели IMS уровень доступа не зависит от транспортного уровня — сети IP. Доступ, может осуществляться через различные сети: фиксированные (телефонные, xDSL, волоконно-оптические, Ethernet), мобильные (GSM/GPRS/EDGE,
3G/W-CDMA, CDMA2000), беспроводные (WLAN, WiMAX и др.). При этом обеспечивается многосторонний роуминг — сеанс может быть продолжен даже при смене сети доступа. В Alcatel технологию IMS рассматривают как ключевую для роуминга между сетями мобильной и фиксированной проводной связи. В качестве универсального протокола управления сеансами и службами служит протокол SIP. В этом контексте IMS становится полнофункциональной платформой для управления коммуникациями в сетях IP.
Специалисты Lucent наряду с необходимостью отделения транспортного уровня и уровня доступа от сервисного уровня выделяют следующие требования к архитектуре IMS: объединение голосовых услуг с услугами реального времени (IM) и возможность задействовать несколько таких услуг в рамках сеанса связи, прозрачное взаимодействие с телефонными сетями и совместимость с услугами интеллектуальной сети (IN), применение стандартизованных механизмов обмена пользовательской информацией между услугами для биллинга и аутентификации, конвергенция услуг в проводных и беспроводных сетях, а также открытые интерфейсы (API) для разработки приложений.
Наличие таких элементов IMS, как база данных абонентов (Ноше Subscriber Server, HSS), где содержится также информация об оконечном оборудовании, и контроллеры медиа-шлюзов (Media Gateway Controll Function, MGCF), упрощает адаптацию услуг для разных абонентских устройств и предоставление унифицированных услуг. В HSS, аналоге сервера HLR в сетях сотовой связи, размещается база абонентов фиксированного и мобильного сегмента. Функция управления вызовами и сеансами (Call Session Control Function, CSCF) разделена между несколькими специализированными серверами.
IMS, общая технологическая инфраструктура, помогающая объединить Internet, ТфОП и беспроводные сети доступа, становится международным стандартом, определяющим принципы взаимодействия и роуминга мультимедийных услуг в сети IP. Ее поддерживают Alcatel, Ericsson, Huawei, Lucent Technologies, Motorola, NEC, Nokia, Nortel, Siemens и многие другие, менее известные в России производители. Операторы демонстрируют готовность к работе с IMS, и предлагаемые ведущими поставщиками решения IMS уже находят воплощение в проектах British Telecom, Cingular Wireless, KPN, O2, Shandong Unicom, Sprint, Telecom Italia Mobile, TeliaSonera и др.
IMS рассматривается как один из базовых элементов сетевой архитектуры, определяющий будущее развитие телекоммуникаций. По мнению Алексея Шалагинова, если в настоящее время идет внедрение NGN с распространением мультимедийных терминалов и услуг, то следующим этапом станет переходот базовых голосовых услуг к мультимедийным сервисам с интеграцией голоса и данных, а в области сетевых технологий — к унифицированной конвергентной сети с упрощенной структурой, в рамках которой услуги будут предоставляться на единой технологической основе без привязки к конкретной сети доступа. Как утверждает Андрей Фролов, руководитель телекоммуникационных проектов компании КРОК, для сетей NGN характерна недостаточная интеграция между различными системами передачи информации, что проявляется на инфраструктурном, программном и пользовательском уровнях. IMS же призвана стереть границы между технологиями передачи информации при работе пользователя с абонентскими устройствами.
Начальные инвестиции в IMS должны окупиться за счет получения таких стратегических преимуществ, как быстрое развертывание услуг и повышение операционной эффективности, однако реальную экономию от внедрения IMS и стоимость оптимизации сети для построения этой архитектуры оценить сложно. По данным Bell Labs, за пять лет операционные расходы на предоставление услуг передачи голоса и данных сокращаются за счет применения IMS примерно на 10%. Среди наиболее перспективных приложений — Push-to Talk over Cellular (PoC), VoIP, обмен видео и сообщениями в реальном времени (IM).
Как считает Вячеслав Афанасьев, исполнительный директор Ассоциации российских операторов сетей GSM, при внедрении новых услуг могут использоваться разные подходы, однако важно найти стандартизированные решения, обеспечивающие приемлемое качество, поэтому разрабатываемые 3GPP/3GPP2/ETST подходы являются «путеводным направлением» конвергенции сетей и услуг. Часть таких решений, включая конкретные версии протоколов, уже проходят доработку в опытной эксплуатации, хотя переход к их внедрению требует создания новых бизнес-моделей с разделением функций между участниками рынка.
Согласно мнению Nokia, популярности IMS должно способствовать внедрение пакетных сетей многими сотовыми операторами, появление более мощных и функциональных клиентских устройств, растущая конкуренция в отрасли, отражающаяся на прибыли. Наконец, конвергентные услуги уже реализуются компаниями, владеющими фиксированными и беспроводными сетями или сотовыми сетями и сетями Wi-Fi. Для них IMS может стать унифицирующей технологией.
В Huawei ее рассматривают как способ модернизации телефонных сетей для повышения конкурентоспособности телефонных операторов по сравнению с альтернативными операторами, провайдерами и поставщиками контента. Построение инфраструктуры IMS требует развертывания мультисервисной Сетевой платформы, широкого спектра многорежимных терминалов SIP, унифицированной системы биллинга. Кроме того, нужны достаточно зрелые протоколы и оправдывающий инвестиции потребительский спрос.
В настоящее время операторы находятся на стадии принятия ключевого решения относительно внедрения IMS. Тем временем производители и разработчики предлагают различные продукты, нацеленные на ускорение развертывания новых услуг.
Решения IMS
Архитектура IMS (см. Рисунок i) зависит от предлагаемых оператором услуг, да и реализуемые производителями модели несколько отличаются друг от друга, к тому же стандартные элементы IMS иногда называются в них по-разному. Эталонная модель IMS от 3GPP (см. Рисунок 2) определяет лишь основные функциональные компоненты архитектуры, а не готовое к развертыванию решение. Модель, которую стандартизировал ETSI, немного отличается от принятой 3GPP и 3GPP2.
Разработчики инфраструктурных решений ставят задачу создания комплексной открытой архитектуры IMS с интегрированной средой для разработки и доставки услуг, единой системой управления. Платформы IMS разрабатываются как гибкие системы с уровнем надежности, как у платформ телефонии.
В Alcatel считают, что IMS открывает перед операторами возможность создать сервисную инфраструктуру простого развертывания мультимедийных услуг. Решение Alcatel IMS (см. Рисунок 3) основано на спецификациях 3GPP, но позволяет реализовать общие услуги IMS как для мобильных, так и для фиксированных сетей доступа (xDSL, WLAN и др.) с улучшенными функциями контроля качества (QoS) и безопасности. В нем заложены такие принципы, как поддержка уже известных мультимедийных услуг (видеотелефония, конференц-связь, РоС и др.) и новых приложений, разрабатываемых с помощью J2EE и OSA/Parlay.
Alcatel IMS включает в себя сервер приложений MultiMedia Application Server (MMAS), сервер обработки вызовов MultiMedia Call Server (MMCS) для управления сеансами IMS на базе SIP, сервер абонентских данных (HSS) для аутентификации и организации сеансов, медиа-сервер для поддержки аудио- и видеоконференций, медиа-шлюз для взаимодействия с сетями с коммутацией каналов и ТфОП, систему управления сетью, услугами и элементами, а также систему сбора информации для биллинга, интегрируемую с базами данных. MMAS обеспечивает разработку и внедрение услуг с помощью SIP Servlet API, Java и J2EE, реализует функции посредника 3GPP SIP между IMS и сетями доступа (такими, как GPRS и UMTS), отвечает за QoS, управление ресурсами и сеансами IMS/SIP. При разработке продуктов IMS компания использует опыт создания систем xDSL, UMTS и ПО для услуг передачи видео, работает над усовершенствованием спецификаций 3GPP, в частности добивается более эффективной передачи трафика VoIP в беспроводных сетях. Решение Alcatel обеспечивает экономичную миграцию операторов мобильных сетей к 3GPP IMS 5 и, подобно решениям IMS других производителей, поддерживает IPv4 и IPv6.
Потребности в поддержке IPv6 нашли отражения в разработках Cisco Systems, предложившей подходы и продукты (IPv6 Provider Edge Router, 6PE) для внедрения IPv6 в магистральных сетях сотовых операторов, включая UMTS. Соответствующие средства для поддержки IPv6/MPLS вводятся и в ОС Cisco IOS. Некоторые из них задействованы в ряде решений IMS других производителей, а представленная в прошлом году мощная операторская платформа Cisco Carrier Routing System (CRS-i) реализует доставку мультимедийных услуг в конвергентных сетях IP, однако полного спектра решений