Конвергенция  сетей связи

1.1. Пропорции в телекоммуникациях

Гуляя в тенистой роще, греческий философ Анаксимен  беседовал со своим учеником. «Скажи мне, — спросил юноша, — почему тебя часто одолевают сомнения? Ты прожил долгую жизнь, умудрен опытом и учился у великих эллинов. Как же так вышло, что и для тебя осталось столь много неясных вопросов?». В ответ философ очертил посохом перед собой два круга: маленький и большой. «Твои знания — это маленький круг, а мои — большой. Но все, что осталось вне этих кругов, — неизвестность. Маленький круг c неизвестностью соприкасается мало. Чем шире круг твоих знаний, тем протяженнее его граница с неизвестностью. И впредь, чем больше ты будешь узнавать нового, тем больше у тебя будет возникать неясных вопросов».

Классическая телефония с ее традиционными телефонными услугами POTS (Plain Old Telephone Service), достаточно хорошо изученная за свою более чем столетнюю историю, соответствует малому кругу из этой поучительной притчи. Большой круг представляет нарождающуюся индустрию инфокоммуникаций, являющуюся результатом взаимопроникновения (конвергенции) информационных и телекоммуникационных технологий и услуг и действительно порождающую больше неясных вопросов, чем готовых ответов. Не планируя в этой главе (да и во всей книге) рассмотреть множество разнообразных аспектов инфокоммуникаций за исключением одного — IP-телефонии, — коснемся лишь их общей базы — телекоммуникаций.

Со времени  своего возникновения телекоммуникации базируются на передаче электромагнитных сигналов через транспортную среду, каковой могут быть:

• металлический кабель,
• оптоволокно,
• радиоканал.

Передаваемая  в виде электромагнитных сигналов информация может представлять собой:

• речь,
• данные,
• видеоизображение
• или любую их комбинацию, называемую мультимедийной информацией.

Эти три источника  и три составные части телекоммуникаций в полной мере отражают их современное  состояние, причем современность здесь  понимается в широком смысле. Передача по сетям связи информации трех перечисленных  выше видов благополучно осуществлялась не одно десятилетие, пока не сработал принцип, давно известный в сфере искусств, — все дело в пропорциях.

Еще в 1996 г. в  США трафик передачи данных впервые  превысил речевой (рис. 1.1) и продолжает демонстрировать завидные темпы  роста (до 30% в год по сравнению с 3% в год для телефонии). То же произошло в Европе в 1999 году. Все это послужило толчком к началу новой эры в телекоммуникациях — эры интегрированных решений и конвергенции всех видов связи. Протокол IP получил мировое признание и, в известной степени, стал «де-факто» стандартом для передачи мультимедийной информации.

Если добавить сюда феномен сети Интернет, где, по самым скромным подсчетам, рост числа  пользователей составляет 5% в месяц, то станет совершенно ясно, что все  эти события самым непосредственным образом влекут за собой коренное изменение подходов к построению информационных сетей. Речь и данные меняются местами. Традиционные сети передачи данных базировались на магистралях с коммутацией каналов, предназначенных для телефонного трафика. При новом подходе — все наоборот: телефония будет надстраиваться над инфраструктурой сети передачи данных. 
Смещение центра тяжести в область передачи данных поставило вопрос о поиске удобного способа встраивания речи в мультимедийный цифровой поток. Причина популярности IP как раз и заключается в его восприимчивости к требованиям со стороны не только услуг передачи данных, но и приложений реального времени. Примером может служить успешно реализованная технология передачи речевой информации по сетям с маршрутизацией пакетов IP — Voice over IP (VolP) или IP-телефония.

Рис. 1.1. Рост трафика Интернет (данные) и телефонного трафика

Но понятие  Voice over IP подразумевает не только и не столько использование сети Интернет в качестве среды передачи речи, сколько сам протокол IP и технологии, обеспечивающие надежную и высококачественную передачу речевой информации в сетях пакетной коммутации. Отсутствие гарантированного качества обслуживания при передаче речи компенсируется появлением таких технологий, как многопротокольная коммутация по меткам — Multiprotocol Label Switching (MPLS), протокол резервирования ресурсов — Resource Reservation Protocol (RSVP), дифференциальное обслуживание разнотипного трафика — Differentiated Services (DiffServ) и других. Все большую популярность приобретает передача пакетов IP, упакованных в контейнеры систем синхронной цифровой иерархии — Synchronous Digital Hierarchy (SDH), а также технология спектрального мультиплексирования — Wave Division Multiplexing (WDM). Во всех случаях необходимым условием является подчинение каждого узла системы единой политике управления трафиком. Этому же призваны помочь протоколы RTP, RTSP, Diffentiaten Services и другие механизмы, рассматриваемые в следующих главах книги. Здесь же достаточно отметить, что стандартизация речевых технологий на основе стека TCP/IP и их поддержка лидерами рынка пакетной телефонии обеспечат совместимость оборудования разных производителей и позволят создавать системы, в которых возможны вызовы с аналогового телефонного аппарата, подключенного к порту маршрутизатора, на персональный компьютер, или с персонального компьютера на номер ТфОП, в рамках трех сценариев IP-телефонии, рассматриваемых в следующей главе.

1.2. Перспективы развития  ТфОП и IP-сетей

Продолжая анализ роста трафика данных и речи, представленного  в виде графиков на рис.1 в предыдущем параграфе , авторы позволили себе привести прогноз роста количества абонентов (графики на рис.1.2а). Суть прогноза отнюдь не в том, что количество пользователей сетей стационарной связи, мобильной связи и Интернет к 2004-2006 годам достигнет миллиарда, а в том, что емкости этих сетей сближаются. В контексте данной главы последнее обстоятельство, согласно закону диалектики о переходе количества в качество, приводит к принципиально новым мыслям по поводу конвергенции этих сетей. Немаловажным стимулом таких мыслей является прогноз общемировых доходов от телекоммуникационных услуг, сделанный Dataquest (рис. 1.26), графическое представление которого почти совпадает с верхней кривой на рис. 1.2а. Пороговая величина в этом прогнозе составляет триллион долларов США совокупного дохода по сегментам рынка (речь, данные, мобильная связь), а переход за этот порог ожидается еще раньше — в 2002-2003 гг.

Рис.1.2. Рост численности абонентов, их перераспределение (а) и общемировые показатели доходов от телекоммуникационных услуг по сегментам рынка (б)

Одним из аспектов, способствующих упомянутой выше конвергенции, является ключевой принцип отделения  организации услуг от транспортировки  информации, составляющий основу идеи Интеллектуальных сетей. Суть концепции  Интеллектуальной сети (IN) заключается в построении универсальной среды, обеспечивающей наибольшую эффективность создания и предоставления новых телефонных услуг. Постепенно эта концепция стала средством глобального нагнетания вычислительной мощности в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), о чем немало сказано в только что вышедшей монографии [8].

Здесь же представляется полезным продолжить количественные оценки и попробовать представить себе краткосрочный и долговременный прогнозы развития телекоммуникационных услуг.

Краткосрочный прогноз авторы связывают с упомянутыми  выше аспектами конвергенции сетей  и услуг связи. Долгосрочный прогноз  предполагает, что преобладание приложений типа клиент-сервер на основе IP-сетей (например, поиск информации, почта и др.) сохранится. Но в отдаленной перспективе внутренняя природа сети, базирующейся на протоколе IP, может стать тормозом для выполнения требований интерактивной мультимедиа: высокое быстродействие в реальном времени и «сквозная» широкополосная интерактивность. Для такого рода приложений в будущем потребуется более мощная платформа.

Рис.1.3 иллюстрирует эволюцию телекоммуникационных приложений на основе IP.

Приняв во внимание то обстоятельство, что IP-телефония является одним из важнейших приложений на базе протокола IP, на основании рис.1.3 читатель может принять решение о том, насколько целесообразно прочесть данную книгу. Основной вывод авторов из этого рисунка заключается в том, что Internet Protocol безусловно будет доминирующим протоколом в сетях следующего поколения, которым предстоит поддерживать передачу речи, данных, факсимиле, видеоинформации и мультимедиа.

Рис. 1.3. Тенденции развития телекоммуникационных услуг

Первоочередная  цель конвергенции сетей на базе протокола  IP — это снижение общих расходов, складывающихся не только из капитальных затрат на приобретение и инсталляцию телекоммуникационного оборудования, но и из затрат на его содержание. Теоретически одна объединенная сеть уменьшила бы потребность в квалифицированном персонале — одни и те же люди стали бы заниматься и телефонией, и системами передачи данных. Наличие всего одного канала доступа к распределенной сети тоже основательно снизило бы ежемесячные расходы. Направляя речевой трафик через корпоративную магистральную сеть передачи данных, можно существенно уменьшить затраты на традиционные телефонные услуги. И, наконец, сокращение единиц используемого оборудования значительно уменьшит стоимость его технического обслуживания. Как отметил представитель одного международного оператора связи, переход на технологию IP-телефонии позволит ему сэкономить порядка 70% средств на капитальные затраты, 60–80% средств, выделяемых на организацию каналов доступа, и 50% средств на текущее обслуживание и ремонт сети [13].

Однако экономия на стоимости инфраструктуры — это  не то, ради чего замышлялся переход  к объединенным сетям. Революция  произойдет тогда, когда появятся новые  приложения, например, когда центры обслуживания клиентов смогут в реальном времени «сопровождать» каждого покупателя с момента его появления на домашней странице компании в сети Интернет до оформления заказа на покупку нужного продукта, «проводя» его через такие этапы, как демонстрация каталога предлагаемых изделий и выяснение неясных вопросов в ходе телефонного общения с представителем компании. Другой пример применения новых технологий — использование сотрудниками телефонного сервиса своей корпоративной УАТС независимо от того, где он и находятся, например, при работе дома. Кэтим применениям IP-телефонии авторы вернутся в главе 11.

При всех оптимистических  прогнозах, изложенных выше, не следует  забывать, что традиционная телефонная связь опирается на мощную базу, создававшуюся на протяжении многих десятилетий, и такая система не может не обладать определенной инерцией. Исходя из этого, вряд ли стоит ожидать, что не сегодня-завтра произойдет мгновенный революционный скачок в области связи, и Интернет-телефония вытеснит все остальные технологии. Скорее наоборот: на протяжении ближайших 5-10 лет традиционная телефония будет по-прежнему занимать доминирующие позиции. Переход на новые, более прогрессивные методы будет происходить постепенно эволюционным путем, в разных странах с разной скоростью. А это значит, что в течение длительного времени ТфОП и IP-сети будут вынуждены существовать параллельно, обеспечивая взаимную прозрачность и объединяя свои усилия в обслуживании разнородного абонентского трафика.

Согласно известной  формуле о невозможности находиться в каком-то обществе и быть вне его законов, при вхождении IP-телефонии в давно сформировавшееся глобальное телефонное общество необходимо соблюдение основных законов существующей ТфОП:

эксплуатационная надежность с тремя девятками после запятой, жесткие нормы качества передачи речи в реальном времени и т.п.

Не менее законов, правил и норм важны традиции, сформировавшиеся за более чем столетний период существования ТфОП. И. Губерманом дана точная формулировка важности традиций:

Владыка наш — традиция. А в ней — свои благословенья и препоны; 
неписаные правила сильней, чем самые свирепые законы.

Поэтому не менее  важно сохранить все привычные  для пользователя действия — набор  номера, способ доступа к телефонным услугам и т. д. Таким образом, абонент не должен ощущать разницы между IP-телефонией и обычной телефонной связью ни по качеству речи, ни по алгоритму доступа.

По тем же причинам весьма желательно обеспечить между ТфОП и IP-сетями полную прозрачность передачи пользовательской информации и сигнализации. Дело в том, что в отличие, например, от большинства корпоративных сетей связи, сети общего пользования не имеют национальных и ведомственных границ. IP-телефония должна обладать возможностью поддерживать совместную работу и обеспечивать информационную прозрачность с множеством стандартов связи, принятых в разных странах мира. Речь идет не только об электрической стыковке — необходимо найти взаимоприемлемое решение таких задач, как взаимодействие протоколов верхних уровней и приложений, начисление платы и др.