Розділ 1. Конвергенція мереж зв'язку
1.1 Пропорції в телекомунікаціях
Гуляючи в тінистому гаю, грецький філософ Анаксимен розмовляв зі своїм учнем. «Скажи мені, - запитав юнак, - чому тебе часто долають сумніви? Ти прожив довге життя, навчений досвідом і вчився у великих еллінів. Як же так вийшло, що і для тебе залишилося настільки багато незрозумілих питань?». У відповідь філософ окреслив палицею перед собою два кола: малий і великий. «Твої знання-це маленьке коло, а мої - великий. Але все, що залишилося поза цих кіл, - невідомість. Маленьке коло c невідомістю стикається мало. Чим ширше коло твоїх знань, тим протяженнее його кордон з невідомістю. І надалі, чим більше ти будеш дізнаватися нового, тим більше у тебе буде виникати незрозумілих питань».
Класична телефонія з її традиційними телефонними послугами POTS (Plain Old Telephone Service), досить добре вивчена за свою більш ніж столітню історію, відповідає малому колу з цієї повчальної притчі. Велике коло представляє народжувану індустрію інфокомунікацій, що є результатом взаємопроникнення (конвергенції) інформаційних і телекомунікаційних технологій та послуг і дійсно породжує більше нерозв'язаних питань, ніж готових відповідей.
З часу свого виникнення телекомунікації базуються на передачі електромагнітних сигналів через транспортну середу, якою можуть бути:
- металевий кабель,
- оптоволокно,
- радіоканал.
Передана у вигляді електромагнітних сигналів інформація може бути:
- мова,
- дані,
- відеозображення.
або будь-яку їхню комбінацію, звану мультимедійною інформацією.
Ці три джерела і три складові частини телекомунікацій в повній мірі відображають їх сучасний стан, причому сучасність тут розуміється в широкому сенсі. Передача по мережах зв'язку інформації трьох перерахованих вище видів благополучно здійснювалася не одне десятиліття, поки не спрацював принцип, давно відомий у сфері мистецтв, - вся справа в пропорціях.
Ще в 1996 р. в США трафік передачі даних вперше перевищив мовний (рис. 1.1) і продовжує демонструвати завидні темпи зростання (до 30% на рік у порівнянні з 3% у рік для телефонії). Те ж відбулося в Європі в 1999 році. Все це послужило поштовхом до початку нової ери в телекомунікаціях - ери інтегрованих рішень та конвергенції всіх видів зв'язку. Протокол IP отримав світове визнання і, до певної міри, став «де-факто» стандартом для передачі мультимедійної інформації.
Якщо додати сюди феномен мережі Інтернет, де, за найскромнішими підрахунками, зростання числа користувачів становить 5% на місяць, то стане цілком зрозуміло, що всі ці події самим безпосереднім чином тягнуть за собою докорінну зміну підходів до побудови інформаційних мереж. Мова і дані міняються місцями. Традиційні мережі передачі даних базувалися на магістралях з комутацією каналів, призначених для телефонного трафіку. При новому підході - все навпаки: телефонія буде надстраиваться над інфраструктурою мережі передачі даних.
Зміщення центру ваги в область передачі даних поставило питання про пошук зручного способу вбудовування мови в мультимедійний цифровий потік. Причина популярності IP як раз і полягає в його сприйнятливості до вимог з боку не тільки послуг передачі даних, але і додатків реального часу. Прикладом може служити успішно реалізована технологія передачі мовної інформації по мережах з маршрутизацією пакетів IP - Voice over IP (VolP) або IP-телефонія.
Рис. 1.1. Ріст трафіка Інтернет та телефонного трафіку
Але поняття Voice over IP має на увазі не тільки і не стільки використання мережі Інтернет в якості середовища передачі мови, скільки сам протокол IP і технології, щоб забезпечити надійну і високоякісну передачу мовної інформації в мережах пакетної комутації. Відсутність гарантованої якості обслуговування при передачі мови компенсується появою таких технологій, як багатопротокольна комутація по мітках - Multiprotocol Label Switching (MPLS), протокол резервування ресурсів - Resource Reservation Protocol (RSVP), диференціальне обслуговування різнотипного трафіку - Differentiated Services (DiffServ) та інших. Все більшу популярність набуває передача пакетів IP, упакованих у контейнери систем синхронної цифрової ієрархії - Synchronous Digital Hierarchy (SDH), а також технологія спектрального мультиплексування - Wave Division Multiplexing (WDM). У всіх випадках необхідною умовою є підпорядкування кожного вузла системи єдиної політики управління трафіком. Цьому ж покликані допомогти протоколи RTP, RTSP, Diffentiaten Services та інші механізми, що розглядаються в наступних розділах. Тут же досить зазначити, що стандартизація мовних технологій на основі стеку TCP / IP і їх підтримка лідерами ринку пакетної телефонії забезпечать сумісність обладнання різних виробників і дозволять створювати системи, в яких можливі виклики з аналогового телефонного апарату, підключеного до порту маршрутизатора, на персональний комп'ютер, або з персонального комп'ютера на номер ТфОП, в рамках трьох сценаріїв IP-телефонії, що розглядаються в наступному розділі.
1.2 Перспективи розвитку ТМЗК та IP-мереж
Продовжуючи аналіз росту трафіку даних і мови, представленого у вигляді графіків на рис.1 в попередньому параграфі, автори дозволили собі навести прогноз зростання кількості абонентів (графіки на рис.1.2). Суть прогнозу аж ніяк не в тому, що кількість користувачів мереж стаціонарного зв'язку, мобільного зв'язку та Інтернет до 2004-2006 років досягне мільярда, а в тому, що ємності цих мереж зближуються. У контексті даної глави остання обставина, відповідно до закону діалектики про перехід кількості в якість, призводить до принципово новим думкам з приводу конвергенції цих мереж. Важливим стимулом таких думок є прогноз загальносвітових доходів від телекомунікаційних послуг, зроблений Dataquest (рис. 1.26), графічне представлення якого майже збігається з верхньою кривою на рис. 1.2а. Порогова величина в цьому прогнозі становить трильйон доларів США сукупного доходу за сегментами ринку (мова, дані, мобільний зв'язок), а перехід за цей поріг очікується ще раніше - в 2002-2003 рр..
Рис. 1.2. Зростання чисельності абонентів, їх перерозподіл (а) і загальносвітові показники доходів від телекомунікаційних послуг за сегментами ринку (б)
Одним з аспектів, що сприяють згаданої вище конвергенції, є ключовий принцип відділення організації послуг від транспортування інформації, що становить основу ідеї Інтелектуальних мереж. Суть концепції Інтелектуальної мережі (IN) полягає в побудові універсальної середовища, що забезпечує найбільшу ефективність створення і надання нових телефонних послуг. Поступово ця концепція стала засобом глобального нагнітання обчислювальної потужності в телефонну мережу загального користування (ТФОП), про що чимало сказано в тільки що вийшла монографії.
Тут же є корисним продовжити кількісні оцінки і спробувати уявити собі короткостроковий і довгостроковий прогнози розвитку телекомунікаційних послуг.
Короткостроковий прогноз автори пов'язують із згаданими вище аспектами конвергенції мереж і послуг зв'язку. Довгостроковий прогноз припускає, що переважання додатків типу клієнт-сервер на основі IP-мереж (наприклад, пошук інформації, пошта та інші) збережеться. Але у віддаленій перспективі внутрішня природа мережі, що базується на протоколі IP, може стати гальмом для виконання вимог інтерактивної мультимедіа: висока швидкодія в реальному часі і «наскрізна» широкосмугова інтерактивність. Для такого роду додатків в майбутньому буде потрібно більш потужна платформа.
Рис.1.3 ілюструє еволюцію телекомунікаційних додатків на основі IP.
Прийнявши до уваги ту обставину, що IP-телефонія є одним з найважливіших додатків на базі протоколу IP, на підставі рис.1.3 читач може прийняти рішення про те, наскільки доцільно прочитати цю книгу. Основний висновок авторів з цього малюнка полягає в тому, що Internet Protocol безумовно буде домінуючим протоколом в мережах наступного покоління, яким належить підтримувати передачу мови, даних, факсиміле, відеоінформації та мультимедіа.
Рис. 1.3. Тенденції розвитку телекомунікаційних послуг
