Az újgenerációs hálózati (NGN) koncepció: Motivációk, célkitűzések, követelmények

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar Mérnök informatikus szak, mesterképzés Hírközlő rendszerek biztonsága szakirány Villamosmérnöki szak, mesterképzés - Újgenerációs hálózatok szakirány BMEVIHIM134 Hálózati architektúrák Az újgenerációs hálózati (NGN) koncepció: Motivációk, célkitűzések, követelmények Jakab Tivadar Híradástechnikai tanszék

2 PSTN -Tipikus jellegzetességek Szolgáltatások A szolgáltatás-fejlesztés folyamata összetett és hosszadalmas a szolgáltatásmenedzsment nehézkes volt a bonyolult szoftverek miatt. Jelzésrendszer Jelentősen különböző jelzések a beszéd- és adatszolgáltatások körében. Gyártóspecifikus vonatkozások Csak a gyártók vagy a gyártókkal szorosan együttműködő, speciális környezet által támogatott szakemberek voltak képesek a szolgáltatás-fejlesztésre. Együttműködési képességek Bonyolult és nehézkes a platformok, az alkalmazott programnyelvek és a környezetek jelentős különbségei miatt. 2

3 A hagyományos távközlési iparág leépülése Szolgáltatók milliárdos veszteségek VoIP alapú szolgáltatók előretörése a távolsági hívások piacán Az üzleti előfizetők távolsági hívásai a WAN-ok fölé mozognak át A vezetéknélküli megoldások fokozatos elfoglalják a lakáselőfizetők távolsági hívásainak piacát A távolsági hívások piaci mozgásait követik a helyi hívások A Windows XP gyakorlatilag egy SIP telefon minden PC-n Gyártók milliárdos veszteségek Az új, ismeretlen gyártók IP PBX és IP telefon gyártmányaikkal jelentősen csökkentik az ismert gyártók piaci részesedését. 3

4 Az üzleti környezet változásai Globalizációs hatás Az Internet kereskedelmi vonatkozásai (e- Commerce) Világméretű információs társadalom (e-gov, VPN, hálózati konvergenciák) Határok nélküli távközlési piac IT hálózatok és technológiák IP forgalmi prognózisok, nagy kapacitások és skálázhatóság, QoS, QoP Felhasználói elvárások Egységesen jó minőség, mobilitás, biztonság, folyamatos kapcsolat, multimedia, egyszerű megoldások, arányos költségek Szabályozás Deregulációs trend 4

5 Üzleti trendek Felhasználó Profit A szolgáltató hasznának megoszlása A haszon 85%-a a felhasználók 5%-nak nyújtott szolgáltatásokból származik Az egyre élesedő verseny jelentősen csökkentette a beszédszolgáltatások jövedelmezőségét 5

6 Piaci trendek (1) 6

7 Piaci trendek (2) 7

8 Piaci előrejelzés 8

9 Forgalmi előrejelzés: IP vs POTS Best Effort Data Value Data Voice Traffic Általánosan elfogadott megállapítások: Az adatforgalom mennyisége jelentősen meghaladja a beszédforgalomét Az adatforgalom évi növekedési üteme ~100% a beszédé ~10% Merryll Lynch, The Strategy Group, IDC, Vertical, Data Comm, DRW and IDATE 9

10 Forgalmi arányok alakulása 10

11 Konvergenciák Üzleti, hálózati és platform Üzleti Dinamikusan változó piaci, technológiai és szabályozási viszonyok A jövedelmezőség növelésének eszközei Bővíteni a piacot Csökkenteni a fluktuációt Javítani a gazdaságosságot Stratégiai szövetség Szolgáltatások Egységes üzenetek (Unified Messaging) Global Call Center Hálózati Magán- és nyilvános hálózatok Vezetékes és vezetéknélküli hálózatok Platform Áramkör- és csomagkapcsolt magán nyilvános mobil/vezeték -nélküli konvergált hálózat vezetékes csomag áramkör 11

12 Konvergáló hálózatok Vertikális integrálódás Horizontális integrálódás Alkalmazások Middleware PSTN Adat GSM mobil Kábel PABX Adat Kapcsolás és útvonalválasztás Transzport Hozzáférés Lakás Üzleti Lakás Üzleti 12

13 Mik a hálózati konvergencia hajtóerői? A beruházási és műszaki támogatási-üzemeltetési költségek csökkentése Összetett, nagy integráltságú alkalmazások megjelenése és az ezekhez kapcsolódó új igények Nagyobb hálózati rugalmasság, funkciógazdagság Új szabványok, ajánlások 13

14 Műszaki hajtóerők A beszéd- és az adatszolgáltatásokra épülő piacok konvergenciája Újabb szolgáltatások Video, beszéd és adat integrálására alapozott egységes üzenetkezelés IP Centrex, IP Soft-PBX, Call Center E-Business Egységes IP platform különböző transzportok felett (PSTN, ATM, Frame, vezetéknélküli, optikai) IP mindenhol (desktop, hozzáférés, gerinc) 14

15 Piaci hajtóerők A távközlési és informatikai piacok versenye dereguláció unbundling cégegyesülések/felvásárlások Konvergencia Alacsonyabb üzemeltetési és adminisztrációs költségek Szolgáltatások egy integrált beszéd-adat, fix-mobil hálózati infrastruktúra felett 15

16 Miért változtassunk? Mi szükséges egy sokféle szolgáltatást nyújtó, különböző üzleti lehetőségeket biztosító alkalmazásokat támogató hálózati platformhoz? Milyen a technológiák érettsége, a mobil és vezetékes infrastruktúra aktuális állapota alapján a kép ebből a szempontból? Milyen tanulságos különbségek fedezhetők fel a vezetékes és mobil alapú üzleti alapmodellekben? 16

17 Miért változtassunk? Mit tudunk/akarunk eladni? Milyen módon adjuk el? Hogyan juttassuk el a felhasználóhoz? Hogyan szedjük be a pénzt? 17

18 Miért változtassunk? Mit tudunk/akarunk eladni? hálózati kapacitás ügyfelek tartalmak (alkalmazások is) Video (konzerv: pl. film, friss: esemény, pl. sport) Zene Más: pl. közlekedési információk logisztika (pl. számlázás) Milyen módon adjuk el? rugalmasan kontrollálható jogosultságok (DRM) Hogyan juttassuk el a felhasználóhoz? sávszélesség, QoS Közvetítő tevékenység (bróker, pillangó-modell ) Hogyan szedjük be a pénzt? Rugalmasan paraméterezhető tarifa (számlázási rendszer: mérni, beárazni, kiküldeni, beszedni) Közvetítői modellben új problémák (ki hitelez, ki vállal árgaranciát) 18

19 NGN hálózati kép NGN alkalmazások Unified Messaging E-Business Nyílt API-k Hálózati szolgáltatások GSM PSTN (áramkörkapcsolt) AAA Policy Security Mobility IP Network Session Internet Tartalomszolgáltatók Tartalom-t szolgáltatók 2G hozzáférés ATM 3G UTRAN Optikai technológiák (WDM, DWDM) WLL ATM xdsl FTTx Vezetékesen csatlakozó felhasználók Corporate Intranet IP Phone, Web Phone IP Based PBX Mobil Lakás /családi Üzleti 19

20 Miért NGN? Hatékony költségfelhasználás az olyan jellemzők, mint az alacsonyabb portkölts ltség,, a nyílt platform, kisebb hely- és s energiaigény ny azt eredményezik, hogy a softswitch alapú hálózatok gazdaságosabbak gosabbak a hasonló funkciójú áramkörkapcsolás s alapú hálózatoknál.. Bevétel Megnövelt fejlesztési hatékonyság Konvergáló szolgáltatások Új igények felkeltése Költség Hagyományos Új bevételforrások Jobb versenypozíciók Alacsonyabb portköltség Alacsonyabb üzemeltetési költség Kisebb hely, kevesebb energia Hatékonyabb transzport Forrás: Ovum (softswitches) Csomag-alap alapú Csomag-alap alapú Hagyományos Jövedelmezőbb szolgáltat ltatások Üzemeltetési megtakarítások Idő 20

21 Miért NGN?- Hatékony költségfelhasználás Az NGN hálózati bevezetésének kezdeti szakaszában a sikeres stratégia alapja az új igények (üzleti felhasználók, trönkáramkörök, előfizetői vonalak, Internet alapú szolgáltatások) felismerése, felkeltése A kapacitásegys segységre gre eső beruházási (CAPEX) hatékonys konyság g növekedn vekedése a felhasználónk nkénti nti jövedelmezőség g (ARPU) javulását eredményezi ami előseg segíti a felhasználók megtartását További tartalékok: Javuló erőforrás-kihasználtság (ALU) az előfizetői vonalak és a trönkök szintjén is Új szolgáltatások fejlesztésére alkalmas platform (beszéd és adat konvergenciája, adaptivitás, mindenütt jelenlévő szolgáltatások): Beszéd VPN üzleti előfizetőknek 21

22 Miért NGN? Nyílt, szabványos környezet gyártófüggő PSTN kapcsoló szolgáltatások és alkalmazások hívásvezérlés és kapcsolás transzport hardware szolgáltatások, alkalmazások, képességek (üzemeltetés, szolgáltatásnyújtás, adminisztráció) nyílt nyílt Softswitch protokollok Softswitch hívásvezérlés protokollok transzport hardware API-k API-k Forrás: ISC and TELKOM s Standard System 22

23 Miért NGN? Egyetlen hálózat elosztott architektúra Media Gateway Controller Denver SS7 Gateway Chicago IP IP Media Gateway Seattle IP hálózat IP IP IP Media Gateway Washington, DC Application Server Los Angeles Media Gateway Dallas 23

24 Miért NGN? Sávszélesség, hely- és energiaigény Sávszélesség-megtakarítás: 64 kbps összehasonlítva 8 kbps (ITU G.729) Megtakarítás 7/8 = 87,5 % Optimálisabb hálózat Helyigén előfizetői vonalra PSTN : SS = 13 rekk : 1 rekk : (költség-összehasonlítás alapján) Energiaigény PSTN : SS = 600 A : 24 A : 4.80 (költség-összehasonlítás alapján) 24

25 Miért NGN? Új képességek Új hálózati és szolgáltatási képességek kialakítása: Hálózati szolgáltató önállóan Softswitch gyártó Harmadik oldali fejlesztő, szolgáltató Korlátlan lehetőségek új hálózati és szolgáltatási képességek kialakítására 25

26 Újgenerációs hálózatok architekturális vonatkozások Alapvető architekturális változások (számítástechnikai analógia: mainframe-pc, HW-SW elkülönült fejlesztés) rugalmas, jól definiált szolgáltatásfejlesztési felület elosztott működés, kapcsolás Alapvető szolgáltatás/alkalmazás-fejlesztési változások (filmes analógia: a alaptechnológiák kiforrottak, alkalmazásuk nemcsak egy szűkkörű szakembergárda ügye, jőjjenek az innovatív profik harmadik oldal) rugalmas, jól definiált szolgáltatásfejlesztési felület 26

27 NGN architektúra - alapelvek egységes gerinchálózat, Három gerinc réteg: transzport, vezérlés és szolgáltatás, csomag alapú transzport, nyílt, szabványos IF-ek a rétegek között, sokféle szolgáltatás és alkalmazás támogatása NGN tartomány kapcsolódik az NGN-hez szolgáltatási sík (hál. szolg. és harmadik oldal) Nyílt, szabványos interfészek vezérlési sík Nyílt, szabványos interfészek transzport sík (csomagalapú) különböző hozzáférés végberendezések gerinchálózat 27

28 NGN architektúra (koncepció) A Menedzsment sík biztosítja az üzemeltetési támogatást (OSS) A Transzport sík a transzport média minden üzenet számára A Hívásvezérlő és jelzéssík a kapcsolatok kezelője A Szolgáltatási és alkalmazási sík felelős a szolgáltatásokért (távbeszélő, adat, multimedia) Menedzsment sík Subscriber & Service Provisioning, Network Management, Operation Support, Billing Support Szolgáltatási és alkalmazási sík Vezérlési és jelzéssík Transzport sík Alkalmazás-szerver (SCP, Service Logic, LDAP Server) Call Agent, MGC, Softswitch, GK IP transzport: IP gerinc, routerek, kapcsolók, BG-k QoS (RSVP, Diffserve, MPLS...), MS (Bearer Portion) IP Phones (H.323, SIP, MGCP,...), IP terminálok, IP PBX Nyílt API-k (JAIN, Parlay) Jelzés (MGCP, MEGACO, SIP, H323) Interworking Domain: TG (MG), SG, Interworking Gateway Nem-IP hozzáférési hálózat: Wireline Access (AG, Access Proxies) Mobile Access (RAN AG) Broadband Access (IADs, MTAs) Non-IP terminálok/ mobil hálózatok SIP/SIP-T; BICC; H.323 Forrás: ISC and TELKOM s Standard System IN/AIN Inter-Network Switch SS7; PSTN/SS7/ATM TDM/ATM hálózatok IP más VoIP hálózatok 28

29 Egyszerűsített NGN architektúra (funkciók, protokollok) Application Layer Operations & Business Support Systems SOFTSWITCH Billing Interface Policy Based Routing AAA Interface Features & Services App. Servers Interface SLA Management Management Control Policy Interpreter QoS Controller Network DB QoS Routing Call Control & MGC SS7 ISDN H.323 SIP MGCP DB MEGACO cnaps cnaps Virtual Channels Control SLA Verification Media Gateways Media Servers IP End Points RTP Forwarding QoS Measurement Transport Layer 29

30 Újgenerációs hálózatok - definíció Next Generation Networks A nyilvános távbeszélő hálózat (PSTN) és a nyilvános adathálózat (PSDN) összenövéséből kialakuló sokszolgáltatású hálózatot értik rajta 30

31 Újgenerációs hálózatok - szolgáltatások Minden szolgáltatást támogató hálózat a szolgáltatók és a felhasználók számára is (teljes szolgáltatású hálózat ): távbeszélő és más hagyományos szolgáltatások (beleértve az Internet-hozzáférést is) adatszolgáltatások (beleértve a nagysebességű Internet-hozzáférést és annak alkalmazásait is) videoszolgáltatások (streaming és igény szerinti videoszolgáltatás Videon on Demand, VoD) digitális televízió műsorszétosztás, multimédia 31

32 Újgenerációs hálózatok - szolgáltatások... (teljes szolgáltatású hálózat ): mobilitás, vándorlás, együttműködés a hagyományos szolgáltatásokkal emberi és gépi felhasználók számára 32

33 Újgenerációs hálózatok - jellemzők Általános hálózati és műszaki jellemzők: csomag alapú transzport (IP, MPLS, ATM, Ethernet) intelligens hálózatok és szolgáltatások IP réteg dominanciája a menedzselésben Elosztott, transzport-, hálózatelem-, sessionés szolgáltatásfüggetlen vezérlés Jól definiált (szabványos) IP-barát protokollok 33

34 A hálózat fejlődése Workstation Vezetékes NGN Workstation Gateways Teljes szolgáltatású IP Internet Vezeték nélküli PSTN Az Internet kommunikáció kifejlődése 34

35 Kulcstechnológiák Szolgáltatások IP Hozzáférés Gerinc 35

36 NGN koncepció A szolgáltató szerverei DHCP WAP AAA Billing VHE SIP Proxy Server Az ISP szerverei SGSN IP gerinchálózat GGSN Global Internet IP gerinchálózat Gateway Router ADSL WLAN Access Router Mobile Router 36

37 Service 1 (OSA type) Service 2 (web services type) Services OSA Interfaces NGN technológiák OSA Web services Services Control Data Bases Fixed access Transport network packet mode SGW/MGW Service Capability Servers Wireless Access Call Servers SGW/ MGW SGW/MGW Mobile access control, splitting of the features of traditional switches Interconnections with others networks (pstn, Internet, NGN networks ) Access Transport Access Terminal Source Arcome 37

38 Újgenerációs hálózatok mikor? Néhány elem már rendelkezésre áll: PSTN (VoIP, VoATM) trönkök, VoIP alapú szolgáltatások Magán- és üzleti (corporate) hálózati megoldások (Centrex IP, IP VPN) 38

39 Újgenerációs hálózatok mikor? A meghatározó folyamat a távbeszélő és adathálózatok konvergenciája: a PSTN/ISDN fejlődése a NGN platformok irányában: az elavult PSTN/ISDN hálózatelemek lecserélése 2005-től kezdődően várható Csomag alapú adathálózatok fejlődése a jelenlegi nagyebességű platformokról (ADSL, WLAN..) indulóan Újgenerációs szolgáltatások megjelenése várhatóan 2005-től kezdődően a mobilhálózatok konvergenciája (IMS) 2006-től kezdődően 39

40 Újgenerációs hálózatok kifejlesztés, létrehozás PSTN hálózatelemek, területek lecserélése: csak ha elavultak (nagyon alacsony CAPEX/OPEX nyereség, különösen a gerinchálózatban) a PSTN -> NGN migráció 2010 után gyorsulhat fel (PSTN vonalak ADSL DSLAM fölé migrálása, VoIP) Az első fázisban alapvetően zöldmezős beruházások 40

41 ... Újgenerációs hálózatok kifejlesztés, létrehozás Lefedő (overlay) telepítések xdsl és optika alapú Internet-hozzáférés Gyors ADSL telepítések nagy beruházások keretében Új audio-, adat-, és videoszolgáltatások kialakításánaklehetősége (nagysebességű hozzáférésre alapozottan) 41

42 ... Újgenerációs hálózatok kifejlesztés, létrehozás a vezetékes, mobil és Internet-szolgáltatások konvergenciája: vándorlás (helyhez kötött) WLAN alapú mobilitás (fix -> vándorlás -> mobilitás) vertikális (technológiák közti) roaming vezetékes és IMS alapú Internet-szolgáltatások harmonizálása és konvergenciája 42

43 Újgenerációs hálózatok hogyan? Szolgáltatási keretrendszerek kialakítása: általános építőelemek a vezetékes és mobil hálózatokkal összhangban Referencia-architektúrák: IMS alapján, xdsl hozzáférés beillesztésével Szabványosítandó interfészek meghatározása Forgatókönyvek és fejlődési fokozatok meghatározása 43

44 NTT NGN koncepció -RENA Resonant Communication Network Architecture tűzfal azonosítás Biztonság titkosítás IPSec Resonant Communication Network Felhasználó Home GW Hozzáférési hálózat Szolgáltatás/hálózat vezérlési platform Gerinchálózat GE-PON B-PON FWA CWDM nagysebességű, nagy kapacitású, QoS MPLS OXC GMPLS IPv6 Diffserv végponttól végpontig ENUM SIP Discovery Mobile IP Presence DNS 44

45 Szabványosítási területek GW: gateway IF: interface PF: platform Hálózatok közötti IF Másik hálózath Vezérlési protokoll a többrétegű átvitelhez Home GW Közösségi Tartalom Intelligens otthon együttm ttműködésterjesztése se alkalmazások Kereső gép Hálózati végződések közti IF QoS biztosítása (RTCP) Távvezérelt szolgáltatások Szolgáltatás/hálózat vezérlési platform Web Gerinchálózat Csomópontok közti IF Hálózati szoftverarchitektúra Funkcionális architektúra hálózati szoftverfunkciók rugalmas implementálásához Inter-OSS IF belső és külső OSS-ek közötti együttműködés támogatására Hálózat-PF IF Hálózat-PF együttműködés biztonsági okokból (SIP, MIDCOM) Hálózat-PF együttműködés QoS (SIP) biztosítására Terminal-PF IF Home GW Vezérlési protokoll a a többrétegű átvitelhez (GMPLS alapú) Biztonság többszörös SIP esetén (SIP) Végpont-végpont biztonság/qos Véberendezések távoli Hozzáférési karbantartása hálózati IF Optikai hozzáférés IF (B- PON, GE-PON) (ITU-T G983, IEEE802.3ahEFM) 45

46 Home Gateway A Home GW funkciók az NGN részét képezik és egy önálló hálózatelemben vagy egy szélessávú routerben, PC, vagy háztartási készülékben vannak implementálva. Home GW firmware letölthető a szolgáltatótól. A megfelelő versenyfeltételek biztosítása érdekében a home GW körüli interfészeket megfelelően szabványosítani kell. Felhasználói hálózat Authentication Session control Remote control Home GW firmware Remote maintenance center Service/network control platform Home GW RENA-based network 46

47 Optikai hálózat Többször tíz Tbit/s-os átvitel szükséges az NGN-ben. Új gerinchálózati arcgitektúrát kell kialakítani és szabványosíani. Egy lehetsége megoldás a többrétegű tranzitálás (NTT multilayer pass-through network architecture ) IP network Ether network ATM network Multilayer pass-through network architecture - GMPLS alapú - Maximálisan kihasznált L1 szintű tranzitálás Control protocol ISP Ether network ATM network Optical/TDM network Wavelength Edge node GMPLS Core GMPLS Core node GMPLS node Optical/TDM network OIX Edge node 47

48 NGN architektúra - alapelvek egységes gerinchálózat, Három gerinc réteg: transzport, vezérlés és szolgáltatás, csomag alapú transzport, nyílt, szabványos IF-ek a rétegek között, sokféle szolgáltatás és alkalmazás támogatása NGN tartomány kapcsolódik az NGN-hez szolgáltatási sík (hál. szolg. és harmadik oldal) Nyílt, szabványos interfészek vezérlési sík Nyílt, szabványos interfészek transzport sík (csomagalapú) különböző hozzáférés végberendezések gerinchálózat 48

49 Hálózati szoftver Nyílt API a hálózati szoftverek számára új szolgáltatások hatékony fejlesztése harmadik oldal alkalamzásainak felhasználása ruglamas üzleti megközelítések A hálózati szoftver architektúrája rugalams platform-funkciók gyártó-független rendszer Alkalmazások Általános alkalmazások Szolgáltató alkalmazásai API Harmadik oldal alkalmazásai Hálózati szoftverplatform 49

50 Hálózati szolgáltatások elérésére Milyen hálózati szolgáltatásokat akarunk elérni (néhány példa): Felhasználóval kapcsolatos információk lekérdezése felhasználó jelenlét (presence) aktuális csatlakozás jellemzői (pl. sávszélesség, QoS-képesség) terminál-képesség lekérdezése (kodek, megjelenítés, felbontás) aktuális felhasználói kontroll (pl. fogad-e kapcsolatfelvételi kérést, adható-e róla valamilyen tárolt vagy aktuális adat alkalmazásnak) felhasználó földrajzi helye (location) Adott jellemzőjű kapcsolat létrehozása Számlázással kapcsolatos információ (pl. hitelkeret)... Egy analógia a hálózati szolgáltatások elérésére NGN környezetben több gyártó berendezéseinek integrálása közös menedzsment alá (Újgen. hál. arch. : EMS - TMN) 50

51 Különböző NE-k integrálása TMN-be Különböző gyártók hálózati berendezései Hasonló módon teljes idegen (pl. vállalati) hálózatok is integrálhatók a TMN-be a Q-adapter funkció segítségével (SNMP-alapon menedzselt hálózat SNMP-CMIP adaptáció alapján) 51

52 Az EMS helye a TMN-ben (különböző gyártók NE-inek integrálása) 52

53 TMF demonstráció CORBA alapú NML - EML kapcsolatra SONET/SDH menedzsmentcélokra 53

54 NGN -egy másik definíció egy mindenütt elérhető globális hálózati platform a digitális információk kicserélésére a korlátlan mobilitás megvalósítására és egy világméretű elektronikus piac támogatására 54

55 Üzleti vonatkozások Paradigmaváltás - kereskedőből bróker világméretű virtuális áruház pénzbeszedő szolgáltatások pillangó-modell 55

56 Paradigmaváltás 56

57 Meghatározó tématerületek Végberendezések Hozzáférési hálózatok Mobilitás Gerinchálózat: optikai hálózatok Üzemeltetés: mérések és monitorozás Szolgáltatásminőség: QoS, QoP Biztonság, jogosultságok kezelése Vezérlés: VoIP megvalósítás, PSTN együttműködés Szolgáltatási architektúra Alkalmazás-fejlesztés: API-k, komplex szoftvereszközök Tartalmak, jogok - DRM Szabványok, ajánlások széles körű elfogadottsága minden tématerületen Tipikus NGN szolgáltatások és alkalmazások egységes üzenetküldés IPTV, VOD 3play NGN követelmények hálózati és technológiai architekturális szolgáltatási NGN szolgáltatási környezet szolgáltatási architektúra DRM számlázás Migrációs vonatkozások PSTN IP-telefónia 57