Balog Károly (2004) Az IP-alapú hálózatok fejlődésének tendenciái, és alkalmazási lehetőségei Napjainkban a hálózatok továbbfejlődési irányát nagymértékben meghatározza, hogy manapság a domináns hálózati protokoll az IP (Internet Protocol). Az IP alapú hálózatok, beleértve az Internetet is napjaink egyik legfontosabb és leggyorsabban fejlődő területét jelentik a távközlésnek. A WiFi - WLAN IP gőzhenger, VoIP nettelefonnal kombináltan, egyre jobban felborítja az egész eddigi kommunikációs fejlődési elképzeléseket. Az általános vélekedés az, hogy hamarosan minden IP alapú lesz a távközlésben, a jövőben a vezetékes és vezeték nélküli IP alapú hálózatok együttműködése, számos új alkalmazási lehetőséget biztosíthat, így az IP-alapú biztonsági rendszerek valamint a katonai alkalmazások területén is. A távközlés aktuális trendjei Ahhoz hogy megérthessük az IP alapú hálózatok jelentőségét a jelen és még inkább a jövő távközlésében, vizsgáljuk meg a hírközlés aktuális trendjeit, tendenciáit. A globalizálódás olyan világméretű hálózatok és szolgáltatások kialakulása, mint pld. GSM, vagy az Internet. A digitalizálódás: a hagyományos analóg átviteli rendszerek felváltása digitális eszközökkel, minden információ adattá alakítása. A mobilitás a vezeték nélküli technológiák reneszánsza, a hagyományos vezeték nélküli rendszerek mellett olyan új mozgó távközlési szolgáltatások gyors fejlődése és rohamos terjedése, mint például a wlanhálózatok vagy a 3G rendszerek. A mobilitás terjedésére jellemző, hogy a mobil előfizetők száma már 2002-ben meghaladta világviszonylatban a vezetékes előfizetők számát. Az integrálódás nem más, mint a különféle információk hang, kép, multimédia, valódi adat, közös átvitele egységes technológiával, a valós idejű és késleltethető információk egységes kezelése, a multimédia szolgáltatások terjedése. Az adat és beszédhálózat, a vezetékes és vezeték nélküli rendszerek valamint a szolgáltatások konvergálnak egymáshoz, közös univerzális technológiai platformok megjelenése is prognosztizálható. Mindezek alapján a szakemberek már régóta beszélnek egy következő generációs hálózat - (NGN Next Generations Network) kialakulásának szükségességéről, amelynek magja minden bizonnyal IP alapú lesz, erről azonban csak akkor beszélhetünk majd, ha a beszédátvitel is teljesen IP alapúvá válik. A vezetékes szolgáltatók ezt jelenleg még 10 év távlatán belül nem tudják elképzelni. A változás és az NGN kialakulása természetesen fokozatos lesz, így a közeli jövőben a fő hálózatképző elemek szabványosítása az intelligens hálózati technológia, a fontosabb rádiós rendszerek önálló alkalmazása, egyes rádiós rendszerek egyre inkább globális jellege, valamint a személyi távközlési koncepció megvalósítása lesz a jellemző. A fentieken kívül van viszont egy olyan tendencia is, ami tartósnak látszik, és általános hatású: még nem is olyan régen a technológia határozta meg a piacot, mára azonban a hálózatfejlesztések egyre inkább az eladható szolgáltatásoktól függenek. A forgalmi igények változása A távközlési igények fejlődése az iparban: a termelés decentralizálódásával az elektronikus kereskedelem növekedésével, a különféle gépek távmenedzselésének igényével, a közigazgatásban: az e-közigazgatás bevezetésével az állandó szélessávú kapcsolatok igényével, a háztartásokban: a home-networking kialakulásával a háztartási gépek
távfelügyelete és az igény szerinti elektronikus tartalomszolgáltatások rohamos terjedésével magyarázható. Ehhez társul az internetes forgalom és a felhasználók számának exponenciális növekedése, újabb alkalmazások megjelenése, valamint egyes szolgáltatásoknál a mobilitás igénye. Mindezek a következő évtizedben, az átvinni kívánt információ mennyiségében robbanásszerű növekedést fognak előidézni mind a vezetékes mind a vezeték nélküli rendszerek esetében. Az uplink és a downlink irány tekintetében pedig jelentős aszimmetria kialakulása várható a letöltési irány javára. Az egységes sebességi és minőségi követelmények helyébe a jól skálázható és külön tarifálható követelmények lépnek. A növekvő sávszélesség igények mellett, a beszédforgalom relatív súlya igen, jelentősége azonban nem csökken az átvitt információk tekintetében, és valószínűleg továbbra is ez marad az egyik jelentős bevételi forrása a szolgáltatóknak. Mindezekhez az igényekhez és a megváltozó feltételekhez a távközlési technológiáknak is igazodniuk kell, ezért a jövőben csak a tömeges igényeket gazdaságosan kiszolgálni képes, folytonos kapcsolatot lehetővé tevő, mindenütt jelenlévő hozzáférések lesznek életképesek hosszú távon. Miért az IP? Az IP a különféle hálózatok összekapcsolására szolgáló inter networking protokoll, amely fölött számos alkalmazás működhet, különféle alhálózatokat használva. IP alapú hálózatot használva a vezetékes hálózatokra írt alkalmazások a vezeték nélküli hálózatokon is működhetnek, ami elősegíti a kétféle rendszer konvergenciáját. Az IP hálózatok fajlagos sávszélesség költségei gyorsan csökkennek, a hálózati elemek, pedig olcsóbbak más hálózatokhoz képest. Az IP alapú hálózatok jellegüknél fogva könnyen és viszonylag olcsón bővíthetők újabb routerek hozzáadásával, mindaddig, amíg ezt a fizikai hordozó hálózat lehetővé teszi. Mindezeknek köszönhetően az Internet és az IP technológia olcsó univerzális platformmá nőtte ki magát, legyen szó távközlésről, vagy adatátvitelről. Éppen ezért az új hálózati képben (NGN) a mai gerinc (tranzit) hálózati síknak egyértelműen az IP hálózat mag (core) architektúrája felel meg a legjobban, arról nem is beszélve, hogy a jövő terabites gerinchálózatának forgalom-kiszolgálására a jelenlegi technológiák közül, alternatíva nélkül leginkább csak az IP képes. Ez azt jelenti, hogy az egységes adatforgalom egyértelműen a csomagkapcsolt hálózatra kerül. A csomagkapcsolt hálózatok ugyanis (mint amilyen az Internet is), jóval hatékonyabb csatorna kihasználást tesznek lehetővé, mint a hagyományos vonalkapcsolt technológia, ezért előbb utóbb a beszéd kommunikáció is átkerül a csomagkapcsolt hálózatokra. Így a beszédforgalom VoIP esetleg VoATM alapon történik majd. Erre azonban minden bizonnyal 10 év távlatában még nem lehet számítani, hiszen az NGN megvalósítását és a megvalósulás sebességét gazdasági feltételek szabályozzák ezért a megvalósítás több ideiglenes fázison át hosszú idő alatt mehet végbe. Költségmegosztás szempontjából azonban mindenképpen érdemes integrált vezetékes és vezeték nélküli hálózatokat építeni. Az IP jelentősége a mobil rendszerekben A Multimédiás vezetéknélküli IP alapú kommunikáció fejlődését technikai oldalról vizsgálva a 4 darab C a computer technology (számítástechnika) a Consumer electronics (fogyasztói elektronika), a Communication technology (távközlési technológia), valamint az átviendő tartalom (Content) mindenkori fejlettségi szintje együttesen határozza meg. Így az IP alapú hálózatok fejlesztésénél ezekkel a tényezőkkel mindenképpen számolni kell. A mobil rendszerek tekintetében, Európában a jövő nagy ígéretének az igazán szélessávú elérést biztosító 3. generációs UMTS (Universal Mobil Telecommunications System) rendszer látszik. Ennek technikai háttere többé-kevésbé biztosított, gazdaságossága már kevésbé. Pillanatnyilag még nincs meg az a killer application (ütős alkalmazás) ami igazán
inicializálná ezt a befektetést, valamint a WLAN-rendszerek terjedése is késlelteti a technológiaváltást. Az IP szempontjából ezeknek a jövőbeli hálózatoknak a legnagyobb előnyét az IP alapú mobilitás kezelés fogja kölcsönözni. Az IP alapú mobilitás kezelés sokkal kiforrottabb és egységesebb, mint a jelenlegi mobil-rendszerekben alkalmazott megoldások, ezért várhatóan ezt fogják alkalmazni a következő generációs mobil rendszerek esetén. A mobil IPv6-ban az OSI modell 3. rétegében (a hálózati rétegben) az összes mobilitással kapcsolatos funkció kezelhető lesz, így lehetővé válik a homogén IP alapú hozzáférési hálózat kifejlesztése, ami független lehet a különféle csatlakozási felületektől. Ez az úgynevezett All IP elv. A 3G frekvencia tendert már hazánkban is kiírták, és december elején várható az eredményhirdetés. Azonban a 3G rendszerek kiépüléséig vagy helyett a legtöbb szolgáltató egy evolúciós megoldást tud elképzelni, ahol a jelenlegi 2.5 generációs GPRS-rendszerek (General Packet Radio System- általános rádiós csomagkapcsolt rendszerek) továbbfejlesztése fokozatos átmenetet biztosíthat a 3G-ba (úgy fejlesztik a hálózataikat, hogy leginkább a célállapothoz tartozó részmegoldásokat hoznak létre: 1. ábra). Ezek a megoldások, az alap GSM rendszer hálózatát egészíti ki olyan technológiákkal, amik transzparensé teszik a rendszert a csomagkapcsolt hálózatok felé, ezzel megteremtve a szélessávú multimédia szolgáltatások alapjait. A GSM adatátvitel fejlődésének lehetséges útjai Evolution <470 kbps EDGE EGPRS WCDMA 3G 384-2048 kbps GPRS 2G HSCSD 9-53.6 kbps WCDMA Phase I GSM Data 9.6 kbps 9.6-28.8 kbps 144-384 kbps 2000 2002 2004 2006 Time Az IP átalakításának szükségessége 1. ábra Ahhoz hogy az IP betölthesse a felvázolt szerepet a NGN-ben, a jelenlegi 4-es verziójú IP (IPv4) protokoll - amely 1983-ban mutatkozott be, és várakozáson felüli sikert tudhat magáénak, - mára jelentős átalakításra szorul. A napjainkban megjelent szélessávú multimédia tartalomtovábbítás igénye mellett, követelményként lép fel, a real-time csomagkiszolgálás, valamint a sávszélesség és minőségi garanciák biztosításának az igénye mellett a mobilitás jobb kezelése is. A jelenlegi IP technológia alapelvéből, a kapcsolásmentes best effort csomagtovábbítási eljárásból következően, nem tudja a fenti követelményeket maradéktalanul teljesíteni. Az adat és beszédhálózatok konvergenciája is számos problémát vet föl az IP oldaláról. A jelenlegi IP hangátviteli képességei minőségben és megbízhatóságban elmaradnak a vonalkapcsolt hálózatoktól.
Egy másik a jelenlegi protokollal megoldhatatlan probléma a címtér korlátainak szűkössége (32 bites címmező). A jövőben több millió új mobil és vezetékes Internet felhasználó, valamint egyre több hálózatba kapcsolt -(egyes becslések szerint 2010-re mintegy 1,5 milliárd)- intelligens gép (nem számítógép) megjelenésére lehet számítani. Bizonyos igények kielégítésére az IPv4-et is alkalmassá tették, viszont a következő generációs IPv6 mindezeket már szabvány szinten tartalmazza. A közeljövő Internet protokollja a 6-os verziójú IP (IPv6), 128 bites címtartománnyal rendelkezik, hatékonyabb útvonal választási algoritmusokat biztosít a mobil rendszerek számára. Beépített biztonsági és minőségi (Qos) paramétereket tartalmaz, valamint biztosítja az erőforrás és útvonal lefoglalás lehetőségét is. Ez utóbbi kettőből adódóan valós idejű csomagkiszolgálást tesz lehetővé, garantált sávszélességgel és minőségben. Az IP 6-os verziója mára szinte az egész világon elfogadottá vált, és ez a világ számos térségében előmozdítja az IPv6 regionális telepítését (IPv6 szigetek létrejöttét), a szolgáltatások alkalmazásának vizsgálatát, valamint a protokoll felhasználási lehetőségeinek folyamatos kutatását. Európában egy komoly felülről jövő ösztönzés érezhető azzal a közelmúltban megjelenő hírrel kapcsolatban, miszerint az Európai Unió területén 2007-2008- ig az IP 6-os verziójára akarnak áttérni. Egy jó darabig a kétféle protokoll együttélése várható, és a különféle áttérési technikák amelyek a két protokoll együttműködését teszik lehetővé, biztosíthatják a többé-kevésbé zökkenőmentes átállást. Modern IP alapú alkalmazások Az IPv6 világméretű elterjedéséig, és a benne rejlő lehetőségek maximális kiaknázásáig, még számos tartalék hozható elő a jelenlegi IPv4-ből, ami olyan akár valósidejű multimédiás átvitelt használó alkalmazások megvalósítását is biztosíthatja, mint a következők. Különféle internetes kamerarendszerek, Web alapú biztonsági rendszerek (betörés, behatolás, valamint tűzjelző rendszerek), a különféle forgalom és térfigyelő rendszerek, IP alapú telefon és videokonferencia rendszerek, IP alapú távfelügyeleti rendszerek (az épület és gyártásautomatizálás területén). A mobil rendszerek esetén a GPRS majd később az EDGE (Enhanced Data Rates for GSM\Global Evolution) technológia lehetővé teszi a szolgáltatóknak 3G szolgáltatások biztosítását a nagyon drága 3G licencek megvásárlása nélkül, hiszen a GPRS\EDGE megfelelő kapacitást és minőséget biztosít akár a videó-telefonálás, a szélessávú Internet, valamint különféle audio, videó, és biztonsági szolgáltatások számára is, mint amiket az előző bekezdésben felsoroltam. A szakemberek egy új technológia megjelenéséről kezdenek suttogni, ami nem más, mint a gép-gép kommunikáció (M2M Machine to Machine kommunikáció). Az M2M nem új keletű, azonban eddig a vezetékes formája volt ismert, ami pont a vezetékek miatt nem tett szert túl nagy népszerűségre. A szélessávú vezeték nélküli technológiák megjelenésével azonban kezd feléledni a technológia, de már megújult vezeték nélküli formában. Az M2M filozófiája az, hogy nem csak az emberek használhatják a modern távközlést és az Internet technológiát kommunikációs célokra, hanem a gépek is. Így a gépek kommunikálhatnak más gépekkel vagy emberekkel is. Az M2M lényege, hogy szabványosított technológiákat (Wlan-okat, Ethernetet, cellás kommunikációs rendszereket, valamint), és (a rádiós interfésztől független) protokollt (például IP-t) használ, ezáltal megkönnyíti az eszközök (intelligens gépek) együttműködését, ezáltal tömeges elterjedését, végezetül pedig az olcsóbbá válásukat.
2. ábra Tipikus vezetéknélküli M2M megvalósítás Felhasznált irodalom: 1. Jyh-Cheng Chen, Tao Zhang: IP-based next-generation wireless networks: systems, architectures, and protocols. Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey 2004. 2. George Lawton, Machine-to-Machine Technology Gears Up for Growth IEEE.Computer.Magazine.Vol.37.No.09. pp. 12-15 Sep.2004. 3. Machine-to-Machine: Let your machines talk, Nokia Corporation, White paper 2004 4. Bende Zsófia, Czigány Ádám, Nagy Krisztina, Lukovszki Csaba: Az új gemerációs Internet alapjai Híradástechnika LIX. évfolyam 9-12. ó. 2004/08 5. Huszák Árpád, Kiefer Tamás, Simon Vilmos, Tilk Gergely László, Dr. Imre Sándor, Szabó Sándor: Mobilitás kezelés az IP alapú hálózatokban, Híradástechnika LVIII. évfolyam 4-13. ó. 2003/04 6. Dr Plank György: Merre tovább kapcsolástechnika? Híradástechnika LVIII. évfolyam 2-8. ó. 2003/10