CC BY
87
Оптимизация маршрутов прохождения голосового трафика при предоставлении NGN услуг в распределенных сетях доступа
Ключевые слова: SIP, RTP, оптимизация, услуги NGN, доступ к услугам, распределенные сети.
При предоставлении услуг нового поколения в географически распределенных сетях, с несколькими точками доступа к услугам, существует' проблема выбора оптимальных точек доступа к ним. Данный вопрос связан с уровнем качества предоставляемых услуг на сети. Рассматриваются методы оптимизации потоков пользовательских данных в распределенных сетях при предоставлении услуг нового поколения. Обозначены актуальные проблемы, связанные с выбором шлюзов пользовательских данных, в условиях географически распределенных сетей доступа. Отражены аспекты, связанные с выбором маршрута прохождения пользовательского трафика и оптимальным выбором шлюза данных, проанализирована связь с качеством предоставления услуг. Дан анализ текущей ситуации в ракурсе развития сетей операторов связи в области предоставления услуг нового поколения на территории РФ. Представлены методы решения задачи оптимизации пользовательских потоков, обозначены их преимущества и недостатки. На основе приведенного анализа разработана схема взаимодействия функциональных элементов, учавствующих в предоставлении услуг в распределенных сетях. Рассмотрена концепция решения проблемы, учитывающая текущий уровень развития сетей операторов услуг в РФ.
Углов И.В.,
директор МЦТиС, [email protected] Введение
В настоящее время в мире телекоммуникаций все большее распространение приобретают услуги сетей нового поколения (Next Generation Network, NGN [1 ]), логика которых реализована по большей части на оборудовании компаний-провайдеров услуг связи. В некоторых случаях операторы услуг имеют территориально распределенные сети, область охвата которых исчисляется в тысячах километров и более. Особенно такие ситуации характерны для Российской Федерации, и других стран, обладающей значительной территорией.
Приводится обзор текущей ситуации, связанной с предоставлением услуг нового поколения, предполагающих передачу голосовых, видео или других видов информации, требовательной к задержкам, через территориально распределенные сети оператора. Обозначены актуальные проблемы, связанные с оптимизацией прохождения потоков данных на сети оператора и выбором оптимальных точек терминации потоков данных на участке "абоненсткое устройство - точка доступа в сеть оператора услуг". Предложены концептуальные варианты решения обозначенных проблем.
Исследуемая проблема
Проблемы, рассматриваемые в данной статье, характерны для территориально распределенных сетей, абонентам которых могут предоставляться дополнительные услуги, доступ к которым осуществляется через несколько точек - устройств на сети (рис. 1).
Если сеть доступа обширна и занимает значительные территории (как, например, при использовании сети Интернет, когда абонент может получить доступ к услуге из любой точке мира), то вопрос, через какой шлюз доступа будет проходить поток пользовательских данных чрезвычайно актуален. Для предоставления услуг с наилучшим качеством необходимо обеспечить выбор шлюза, кото-
рый бы предполагал кратчайшую доставку пакетов данных пользователя на сервера услуг операторской сети. В настоящей статье рассматривается только один фактор, влияющий на качество услуг - это удаленность узла доступа услуг от пользователя и его удаленность от сервера услуг. В настоящий момент, когда уровень систем предоставления услуг не достиг еще должного уровня глобализации, где выбором оптимального шлюза доступа в соответствии с настоящим местоположением абонента занимались бы специально выделенные устройства (например, в NGN сетях на базе мультимедийных платформ (IP Multaimedia Subsystem, IMS [2])), необходимо на стороне операторской сети обеспечить определение местоположения абонента и выбор оптимального шлюза.
Рис. 1. Принципиальная схема получения пользователем доступа к услуге
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №13-07-00665а
В ситуации, когда абонент фиксировано прикреплен к определенной географической области, подобных трудностей с выбором шлюза и оптимальной маршрутизацией трафика не возникает - данные правила определяются администратором сети для каждого абонента в соответствии с его местоположением и не меняются. Если абонент мобилен и может менять свое местоположение, то он может получать доступ к услугам из любой точки мира, где есть необходимые ресурсы сети доступа. Такого рода услуги все больше пользуются спросом среди клиентов сетей телекоммуникационных компаний, вынужденных под влиянием конкуренции со стороны таких сервисов, как Skype и Google Talk, оказывать услуги передачи голосовых и видео вызовов через публичные сети доступа, такие как Интернет.
Шлюзы доступа к услугам, определенные для конкретного региона, в котором абонент купил контракт, обычно, прописывают в виде DNS-имени, которое однозначно указывает на один из шлюзов региона. В случае, если абонент покидает пределы данной географической зоны, он продолжает использовать шлюз региона, в котором он впервые подключился к услуге.
В настоящий момент пользователь при доступе к услугам не из своего "домашнего" региона может оптимизировать пути прохождения трафика данных только при условии, что он самостоятельно изменит в настройках своего терминального устройства DNS-адрес шлюза доступа. Данная операция требует наличия у пользователя определенного уровня грамотности и, конечно, не является удобным для пользователя методом предоставления услуги.
Необходимо использовать автоматические механизмы выбора оптимального шлюза доступа в соответствии с географическим местоположением пользователя.
Методы оптимизации выбора шлюза
Рассмотрим ситуацию, в которой пользователь имеет какое-либо терминальное абонентское устройство, в настройках которого существует прописанный администратором при его продаже IP-адрес или DNS-имя шлюза доступа к услуге. Задача состоит в том, чтобы не смотря на географическое местоположение пользователя он всегда получал услугу через оптимально расположенный шлюз, с наилучшим качеством.
Рассмотрим упрощенную задачу оптимизации маршрутов и улучшения качества предоставляемых услуг. Введем единственный критерий, на основе которого будет выбираться тот или иной шлюз
- это прямое расстояние между точками расположения пользователя и шлюза. Возможные методы решения проблемы должны предполагать возможность реализации на основе существующих открытых протоколов и стандартов. Также они должны использовать типовые инженерные схемы организации сети с учетом отсутствия на данный момент полноценного функционала IMS платформ у большинства операторов.
Решение с центральным сервером конфигураций
Одним из наиболее простых с точки зрения пропуска трафика решений является архитектура, в которой существует центральный отказоустойчивый сервер управления конфигурациями абонентских устройств. Данной сервер должен выполнять роль общего шлюза для запросов на регистрацию. В случае, если устройство прошло аутентификацию и авторизацию успешно, то в соответствии с алгоритмом работы терминального устройства абонента, оно должно запросить новый конфигурационный файл для дальнейшей работы. Данный конфигурационный файл будет содержать новый адрес шлюза доступа к услуге.
К плюсам данного метода можно отнести централизованное^ процедуры, возможность организации взаимодействия на основе
стандартных протоколов, таких как SIFJ XML, TR069[3,5]. Также очевидным плюсом данного решения является оптимизация сигнального обмена за счет реализации процедуры обновления конфигурационного файла лишь в том случае, если это необходимо, т.е. только тогда, когда пользователь переместился из географической зоны, обслуживаемой одним шлюзом доступа в другую.
Очевидным минусом данной схемы является наличие на терминальном устройстве необходимого программного обеспечения, реализующего со стороны абонента необходимый функционал.
Распределенное решение оптимизации выбора шлюза доступа с использованием сети Интернет в качестве сети д оступа
С ростом пропускных способностей сети Интернет и общего качества услуг, предоставляемых в ней, все больше и больше услуг начинают предоставляться на основе использования Интернет в качестве сети доступа к своим платформам. Как показывает мировой опыт использования услуг Skype, Google Talk, Reach Communication Suite (RCS) [4], даже высокотребовательные к качеству передачи и задержкам на сети услуги, такие как видео и аудио вызовы, предоставляемые на основе использования сети Интернет пользуются огромной популярностью. Очевидно, что для операторов услуг использование уже существующей сети доступа Интернет является также интересным в связи с низкой стоимостью затрат на запуск услуги. Проблема оптимизации маршрутов прохождения пользовательской информации по сети Интернет, которая не гарантирует качество передачи данных, особенно актуальна в этом случае.
Задача оптимизации в общем случае сводиться к двум пунктам:
— определение местоположения абонента;
— перевод управления абонентом на ближайший из возможных шлюзов доступа к услуге.
Определение местоположения абонента
Передача координат абонентского устройства может быть осуществлена на основе стандартных протоколов сигнализации, например протокола SIP [5] с использованием зарезервированных полей сообщения. Исходя оптимальности инженерных решений, определение абонента в сети Интернет возможно двумя способами:
— определение публичного адреса NAT, с которым абонент выходит в глобальную сеть, формирование запроса к глобальной базе данных публичных адресов и их местоположений. Местоположение NAT IP определяется с точностью до нескольких сот километров, данной точности может хватить при равномерно распределенных абонентах и невысокой относительной нагрузке на шлюзы доступа. Данный метод определения местоположения абонента не требует никаких доработок или изменения на стороне абонентского устройства, т.к. адреса ближайшего к шлюзу доступа NAT передаются в стандартном заголовке IP пакета. В случае нахождения абонента за двойным NAT метод будет давать неверное определение местоположения.
При сильно неравномерном распределении абонентов и их высокой концентрации в масштабах, сравнимых с точностью определения местоположения, данная методика не применима, так как не позволяет сделать оптимальный выбор из-за низкой точности метода.
— если абонентское устройство обладает GPS модулем, или же имеет доступ к услуге определения местоположения через мобильные сети, то полученные координаты могут быть переданы в сеть. Точность определения местоположения данным методом имеет абсолютную погрешность в сотни метров, что достаточно для выбора ближайшего шлюза в большинстве случаев. Передача координат абонентского устройства вторым методом возможна только в случае наличия специального программного обеспечения на стороне
клиента, которое будет реализовывать обращения к GPS модулю или мобильной сети. Данное решение, в перспективе, является наиболее общим и более предпочтительным с точки зрения стандартизации.
Перевод управления абонентом на ближайший шлюз доступа
Оптимальным с точки зрения сигнального обмена и времени установления соединения является метод перевода управления на ближайший шлюза доступа, который происходит в процессе регистрации абонентского оборудования как пользователя услуги. Организация этого метода предполагает обновление конфигурационных настроек на клиентском оборудовании путем загрузки новых конфигураций с платформы. Очевидным плюсом данного метода является однократно выполняемая процедура анализа местоположения абонента и обновления конфигурации, после которой все запросы от абонентского оборудования будут уходить в соответствии с новыми настройками в сторону ближайшего шлюза доступа. Минусом данного решения являются дополнительные требования к клиентскому оборудованию, которое должно поддерживать процедуры автоматического обновления конфигурации.
Второй метод заключается в анализе местоположения абонента при каждой активности, и, в случае нахождения более оптимального шлюза доступа к услуге, в сторону абонента посылается стандартное сообщение о переводе вызова. После получения такого сообщения абонентское устройство заново инициирует установление соединение, используя адреса полученные в предыдущей транзакции. К очевидным положительным особенностям данного решения можно отнести отсутствие дополнительных требований к абонентским устройствам. К отрицательным - увеличение нагрузки на шлюзовые элементы сети и центральную платформу, занимающуюся обработкой информации о местоположении абонентов, увеличение времени установления соединения.
Итоги
Настоящая статья является результатом анализа проблемных ситуаций, возникающих при внедрении программно-аппаратных комплексов на сети операторов связи в нашей стране. Описаны типовые варианты конфигураций и схемы доступа к ним. Проанализирована проблема выбора оптимальной точки доступа (шлюза доступа к услуге).
Основной идеей, предложенной в статье для дальнейшего исследования, является модернизация протоколов контроля и установления сессий с учетом необходимости оптимизации выбора маршрута и шлюза доступа, а также выработка единой типовой схемы предоставления услуг через географически сильно распределенные сети. Наиболее общим решением в части определения местоположения абонента может быть использование GPS координат, которые могут быть переданы в теле сигнального сообщения о регистрации.
Литература
1) Recommendation ITU-T Y2001. General overview of NGN // 2004.
2) Technical specification ETSI TS 23.228 V10.5.0 Rel.10. IP Multimedia Subsystem (IMS). Stage 2 // 2011-06.
3) Technical report The Broadband Forum. TR-069 CPE WAN Management Protocol // 2011-07.
4) Technical specification ETSI TS 102 901 IMS NNI interoperability test descriptions for RCS // 2012-05.
5) Proposed standard IETF RFC 6442 Location Conveyance for the Session Initiation Protocol // 2011-12.
6) Internet Draft IETF RFC Interworking between the Session Initiation Protocol (SIP) and the Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP): Instant Messaging // 2012-10.
Optimization the routes of passing realtime userdata, in process taking ngn services in distributed access network
Uglov I.V. Abstract
In providing next-generation services in geographically distributed networks with multiple access points to services, there is the problem of choosing the optimal points of access. This issue is related to the level of quality of service on the network. The article deals with methods of user data flow optimization in distributed networks in the provision of a new generation services. Identified current problems associated with the choice of gateway user data in a geographically distributed network access. Reflected aspects of the choice of routes for user traffic and the best choice gateway data, analyzed with the quality of service. The analysis of the current situation from the perspective of network operators in providing next-generation services in the Russian Federation. The methods of solving the optimization problem of user flows, labeled with their advantages and disadvantages. Based on the above analysis the pattern of interaction of the functional elements, are participating in the provision of services in distributed networks. The concept of solving the problem, taking into account the current level of network service operators in the Russian Federation.
Keywords: SIF! RTF! optimization, NGN services, access to services, distributed network
