NGN نسل آینده شبکه ها

فصل اول:

•     آشنایی /  اصول و مفاهیم NGN /  معماری NGN /   فناوری NGN

فصل دوم:

•     شبکه های نسل آینده NGN  / حلقه گمشده  / سوئیچ های نسل آینده NGN  /  محیط ایجاد خدمات / مدیریت و عیب یابی از راه درو  /  انعطاف پذیری کارکردی /  مزیت اقتصادی /  مزیت خدماتی

دامنه کاربرد مقاله(فناوری واطلاعات شاخه شبکه)

با آن‌كه تقريبا همه بر اين باورند كه موج بزرگ بعدي در صنعت مخابرات در‌‌ ‌قالب شبكه‌هاي نسل آينده يا ‌Next Generation Network‌) ‌NGN ) ظهور نموده است، اگر تعريف روشن و صريحي از ‌NGN خواسته شود با جواب‌هاي بعضاً متناقض روبه‌روخواهيم بود. در اين نوشتار سعي مي‌شود با تشريح دلايل و محرك‌هاي پديده NGN ، ابعاد آن تا حد ممكن باز شود و تاثيرات ناشي از آن بر روند فعاليت شركت‌هاي مخابراتي نشان داده شود.‌

‌آشنايي‌
NGN در آغاز بيشتر به گستره‌اي از مفاهيم فني و تجاري اطلاق مي‌شد كه تغييراتي را در صنعت مخابرات نويد مي‌داد. اكنون پس از تقريبا پنج سال كار و تلاش، اين مفاهيم در قالب خدماتي نوين براي هر دو گروه فراهم‌كنندگان و مصرف‌كنندگان ظهوريافته است. به عبارت ديگر، آينده‌اي كه از آن سخن مي‌رفت عملاً فرارسيده است. اساساً در هر تجارتي ازجمله تجارت مخابراتي، تغييري صورت نمي‌گيرد؛ مگر با هدف كسب رضايت بيشتر مصرف‌كنندگان و بهبود بازده مالي توليد‌كننده. البته ‌NGN اين دو ويژگي را در خود دارد. ارائه خدمات نوين از سويي و كاهش هزينه‌هاي سرمايه‌اي و عملياتي از سوي ديگر موجبات رضاي ت هر دو طرف را فراهم مي‌سازد.

 ‌

اگر از مفاهيم كلي بگذريم و وارد لايه فني شويم، به وضوح خواهيم ديد كه ظهور پديده ‌‌NGN  نتيجه منطقي و طبيعي روندي است كه از آغاز پيدايش اينترنت در صحنه ارتباطات رخ داده است. رشد تصاعدي تعداد كاربران اين شبكه و تمايل روزافزون ساير بخش‌هاي تجاري با ب‌كارگيري اينترنت و شبكه‌هاي كوچک‌تر با فناوري مشابه (همچون اينترانت‌ها) به عنوان بستر فعاليت‌هاي تجاري، كميت و كيفيت مورد انتظار از كاربردهاي اينترنتي را به‌صورت تصاعدي افزايش داده است. براي مثال ارائه فناوري‌هايي نظير ‌VoIP  بستر اينترنت را به‌صورت نامزدي براي مكالمات تلفني، آن هم با هزينه‌هاي به مراتب پايين‌تر از شبكه‌هاي تلفني در‌آورده است.در چنين شرايطي كه حجم ترافيك‌هاي ديتا در برابر ترافيك‌هاي سنتي تلفني رشدي چند برابري دارد و با ظهور ‌VoIP نيز حتي منبع درآمد اصلي شركت‌هاي مخابراتي را تهديد مي‌كند، طبيعي است كه اين شركت‌ها به فكر چاره‌اي باشند تا بقاي خود را در دنيايي كه ديتا و پروتكل اينترنت (‌ IP ) درآن حرف اول را مي‌زنند، حفظ نمايند. ‌‌NGN را مي‌توان نتيجه تفكر همگرايي (‌ Convergence ) در شبكه‌هاي ارتباطي دانست: تفكري كه با هدف همگرا نمودن كليه بسترهاي ارتباطي موجود (اعم از ديتا، موبايل، تلفن و تلويزيون كابلي و…) روي بستري مشترك مبتني‌بر فناوري ‌IP ، سعي در كاهش هزينه‌ها و ارائه يكپارچه خدمات دارد.‌

البته تلاش براي  همگرايي شبكه‌ها سابقه‌اي نسبتا طولاني دارد. براي مثال، در  دهه 1980 ميلادي اين ايده عملاً درقالب شبكه‌هاي ديجيتال خدمات يكپارچه يا ‌Integrated Service Digital Network) ISDN ) طرح گرديد كه در آن زمان به دلايلي از جمله: آماده نبودن سطح فناوري و گران‌ تمام شدن خدمات، تنها در چند كشور پيشرفته به كارگرفته شد. ولي ‌NGN در زماني مناسب و با توجه به ميزان تقاضاي مصرف‌كننده طرح شده‌است و به جاي فناوري  گران و پيچيده ATM ، بر پايه فناوري ساده، ارزان و پذيرفته‌شده ‌‌IP ايجاد مي‌شود. ‌

البته با تمام اين توضيحات، بايد پذيرفت كه ‌‌NGN و به‌كارگيري آن مستلزم تغييرات اساسي در ساختار عملياتي شركت‌هاي مخابراتي خواهد بود: تغييراتي كه بر تمامي جوانب فعاليت اين شركت‌ها، اعم‌ از فرهنگ كاري كاركنان و مديران، گردش سرمايه و ساختار شبكه موجود مؤثر خواهد بود. در واقع براي موفقيت ‌NGN نيازمند تفكر و نگرش جديدي در ميان مديران ميانيِ شركت‌هاي مخابراتي خواهيم بود كه سخت‌ترين قسمت اين فرايند زودگذر را نيز تشكيل مي‌دهد.

‌اصول و مفاهيم ‌‌NGN

از ديد كلي ‌ NGN بر سه اصل اوليه متكي است كه عبارتند از:

معماري لايه‌اي: ‌‌NGN به شكلي پياده‌سازي مي‌شود كه مجموعه توابع آن در چندين لايه متفاوت قرار گيرند.

اين لايه‌ها عبارتند از: دسترسي، انتقال، كنترل و خدمات. مزيت قرار دادن توابع در لايه‌هاي گوناگون اين است كه هر لايه به‌صورت جداگانه بهينه‌سازي مي‌شود؛ بدون آن‌كه بر لايه‌هاي ديگر تأثير گذارد. معماري لايه‌اي ‌‌NGN انعطاف و قابليت توسعه را به همراه مي‌آورد و زمان ايجاد خدمات نوين را در اين شبكه كاهش مي‌دهد.‌

اينترفيس‌هاي استاندارد: توابع هر لايه ‌‌NGN از طريق اينترفيس‌هاي استاندارد با توابع ساير لايه‌ها و ساير شبكه‌ها در ارتباطند. اين اصل راه را براي اجراي توافقنامه‌هاي همكاري ميان فراهم‌كنندگان خدمات شبكه باز مي‌كند، طيف گسترده‌تري از خدمات را براي كاربران نهايي فراهم مي‌نمايد و سطح تحت پوشش شبكه ‌NGN را افزايش مي‌دهد. ‌

چند سرويسي بودن: اصل بسيار مهم چند سرويسي بودن، يعني برخلاف شبكه‌هاي نسل قبل است كه، هر يك براي خدمات خاص و مشخصي طراحي شده‌اند. اين اصل به فراهم‌كنندگان امكان ارائه خدمات نوين و يكپارچه را مي‌دهد و براي كاربران نيز به معني دسترسي يكسان به انواع خدمات مورد نيازشان است.‌

معماري ‌NGN

شامل چها ر لایه میباشد:

لايه دسترسي: ارتباط ميان كاربران و شبكه را فراهم مي‌كند و پياده‌سازي آن مي‌تواند به صورت سيمي و يا بدون‌سيم انجام گيرد و مي‌تواند از رسانه‌هاي گوناگون ارتباطي همچون سيم مسي، كابل و فيبرنوري استفاده كند.

اين لايه به دو صورت سوييچينگ بسته‌اي و سوييچينگ مداري ايجاد مي‌شود. ‌

لايه انتقال: ارتباط ميان گره‌هاي شبكه (‌ Node ) را برقرار مي‌كند و از يك يا چند شبكه زيرساخت از نوع سوييچينگ بسته‌اي (مانند  IP ) تشكيل شده است. لينك‌هاي اين شبكه‌ها معمولا از نوع فيبرنوري است، ولي امكان استفاده از ارتباطات ماهواره‌اي نيز وجود دارد.

روي اين لايه تنوع ترافيك زيادي وجود دارد. ترافيك‌هاي مختلفي همچون مكالمات صوتي، تصاوير ويديويي، تبادلات ديتا و فايل‌هاي اطلاعاتي، روي همين بستر مشترك مبادله مي‌شوند. در گره‌هاي انتهايي به كمك دروازه‌هايي

‌(‌ Gateway )، ترافيك شبكه دسترسي و شبكه‌هاي غير ‌NGN (مانند ترافيك‌هاي تلفني و كنفرانس‌هاي تصويري)، به ترافيك مناسب عبور روي شبكه ‌NGN تبديل مي‌شوند. ‌

لايه كنترل: مشتمل بر عناصر كنترل‌كننده شبكه و خدمات آن است. به عبارت ديگر، اين لايه تمامي لايه‌هاي ديگر اعم از دسترسي، انتقال و خدمات را تحت نظارت و فرمان خود قرار مي‌دهد. براي مثال برقراري و قطع اتصالات براي مكالمات صوتي يا ارتباطات چندرسانه‌اي (صوتي و تصويري)، همچنين تدارك هوشمندانه خدمات و منابع لازم براي ارائه آن‌ها برعهده اين لايه است. يكي از اصول اساسي NGN ، جداسازي منطقي سازوكار كنترل از سخت‌افزارهاي لايه‌هاي زيرين آن است. ‌

لايه خدمات: اين لايه حاوي خدمات پايه است و به فراهم‌كنندگان در ايجاد خدمات پيچيده و كامل‌تر كمك مي‌كند و نقش واسطه را جهت دستيابي به امكانات لايه‌هاي پايين‌تر بازي مي‌كند. البته سطح و كيفيت اين استفاده به سطح روابط ميان فراهم‌كننده خدمات و فراهم‌كننده شبكه باز مي‌گردد. (كه در ‌NGN   مي‌توانند دو شركت مستقل باشند). لايه خدمات به صورت اينترفيس‌هاي برنامه‌نويسي كاربردي ‌(‌ API ) براي نرم‌افزارهاي سرور، يا به‌صورت رابط‌هاي استانداردي ميان سرورها و شبكه، پياده‌سازي مي‌شود. در هر حال هدف، قابل دسترسي نمودن خدمات و امكانات لايه‌هاي زيرين شبكه براي نرم‌افزارهاي سرور است.

فناوري‌هاي ‌NGN

‌پس از بررسي اصول و معماري شبكه NGN ، نوبت به بررسي برخي از مهم‌ترين فناوري‌هاي موجود در اين شبكه مي رسد. اصولا ‌ ‌NGN تركيبي پازل مانند از فناوري‌ها در لايه‌هاي گوناگون است كه در ضمن تشريح فرايند حركت به سمت شبكه NGN ، مروري برآن‌ها خواهيم داشت.

محرك اصلي در حركت به سمت NGN ، كاهش هزينه‌هاي اوليه موسوم به ( CAPEX ) و جاري، جهت نگهداري شبكه موسوم به ( OPEX ) و افزايش درآمد از طريق ارائه سريع خدمات نوين است، ولي هر اپراتور شبكه مسير و شتاب متفاوتي را براي حركت به سمت اين شبكه برمي‌گزيند، البته برآيند تمامي اين حركت‌ها به سمت يك شبكه همگرا و مبتني بر ‌‌IP است. انعطاف زياد، هزينه پايين و پشتيباني جهاني، مهم‌ترين دلايلي هستند كه فناوري اينترنت را به‌صورت نامزد مناسبي براي ايجاد ‌NGN  در آورده است. البته اين فناوري در شكل فعلي خود داراي محدوديت‌هايي از جمله فقدان كيفيت سرويس تضمين شده است كه بايد بر آن‌ها غلبه كرد.

در ادامه حركت‌هاي گوناگون به سمت NGN  به طور خلاصه تشريح مي‌شوند.

‌1- حركت به سمت ‌‌NGN  براي شبكه‌هاي مبتني بر سوييچينگ مداري‌

‌وضعيت جاري: ‌‌ ‌در حال حاضر اپراتورهاي اين گروه از فناوري‌هاي سوييچ مداري (‌ Circuit Switch ) براي ارائه خدمات تلفني و برخي خدمات ديتا ‌‌IP) ، ‌‌ATM و ‌Frame Relay ) استفاده مي‌كنند. محرك اصلي اين گروه براي حركت به سمت NGN ، دستيابي به يك شبكه همگراشده با خدمات چندگانه (‌ multi service ) و كاهش هزينه‌ها از اين طريق است. البته اين حركت هزينه‌هاي مستقيم و غيرمستقيم زيادي همچون ارتقاي تجهيزات، آموزش مجدد پرسنل و تغييرات سازماني دارد كه با شرايط كيفي نه‌چندان خوب شبكه‌هاي فعلي IP ، باعث بروز تاخير در حركت اين گروه از اپراتورها به سمت ‌NGN  شده و اين تأخير به‌ويژه در لايه دسترسي مشهود است.

با اين حال، همزمان با تكامل فناوري IP ، شاهد حركت تدريجي اين گروه هستيم. اين فرايند ده سال يا حتي بيشتر به طول مي‌انجامد و در اين مدت شاهد حضور هر دو گروه فناوري در كنار يكديگر خواهيم بود. حركت فوق به دو شكل <جايگزيني> و <همپوشاني> انجام مي‌پذيرد.

استراتژي جايگزيني: در اين روش تجهيزات شبكه تلفني به تدريج با تجهيزات NGN  جايگزين مي‌شوند. اين جايگزيني با هدف افزايش ظرفيت در بخش هسته و ارائه خدمات جديد در بخش لبه‌اي شبكه انجام مي‌گيرد. ‌

استراتژي همپوشاني: اين روش از طريق يكپارچه‌سازي دو شبكه IP  و تلفني از طريق دروازه‌هاي واسط انجام مي‌گيرد. اين دروازه‌ها تبديل و هدايت ترافيك‌هاي صوتي و ديتا را ميان دو شبكه برعهده دارند.

جهت تبادل سيگنالينگ ميان دو شبكه نيز ازپروتكل‌هاي ‌‌H.323 و SIP  استفاده مي‌شود. با افزايش قابليت‌هاي شبكه ‌IP  و دستيابي به كيفيت خدمات، حجم ترافيك‌هاي صوتي عبوري از اين شبكه نيز به تدريج افزايش مي‌يابد.

‌2- حركت به سمت ‌NGN  براي شبكه هاي مبتني بر سوييچينگ بسته‌اي ‌

شبكه‌هاي مبتني بر سوييچينگ بسته‌اي در حال حاضر از پروتكل‌هاي گوناگوني استفاده مي‌كنند.

براي اين گروه، ‌NGN يعني ساده كردن اين پشته‌هاي چندلايه‌اي و آماده كردن آن‌ها براي عبور ترافيك‌هاي حساس صوتي و بلا‌درنگ‌ (‌ Real Time ).

راهكارهاي متعددي براي حركت به سمت ‌NGN براي اين گروه وجود دارد، اما يكي از عناصر مشترك اين راهكارها،‌ IPv6 است. اين نسخه جديد از پروتكل ‌‌IP دو ويژگي اصلي دارد: فضاي آدرس در اين نسخه ‌‌128‌‌ بيتي است كه محدوديت آدرس ‌IP  را برطرف مي‌كند. به‌علاوه، روند توسعه‌يافته و پيكربندي خودكار كامپيوترهاي ميزبان، امكان حركت وجابه‌جايي (‌ Mobile IP ) ميزبان‌ها را در شبكه فراهم مي‌كند. پياده‌سازي كامل ‌‌‌IPv6 علاوه بر ارتقاي سخت‌افزاري و نرم‌افزاري تجهيزات شبكه، تغييرات اساسي در تجهيزات كاربران را نيز طلب مي‌كند. بنابراين پياده‌سازي كامل آن تا قبل از سال‌هاي ‌‌2030‌‌ يا ‌‌2040‌‌ مقدور نخواهد بود و در اين ميان شاهد حضور همزمان‌‌ ‌IPv6 و ‌‌ ‌IPv4 خواهيم بود.

‌‌3- حركت به سمت ‌NGN  براي شبكه‌هاي تلفن سيار ‌

وضعيت جاري: با شروع سال ‌‌2000‌، كشورهاي اروپايي شروع به واگذاري مجوز استفاده از طيف فركانسي براي اپراتورهاي نسل سوم شبكه تلفن همراه (3 G ) نمودند. اما با وجود هزينه‌هاي سنگين انجام گرفته، اين اپراتورها با چالش‌هاي بسياري بر سر پياده‌سازي ‌‌‌‌3 G روبه‌رو  بوده‌اند كه سرمايه‌گذاري آن‌ها را زير سؤال برده است. يكي از مهم‌ترين اين چالش‌ها، تعدد مراجع استانداردسازي مرتبط با ‌‌3 G  است. در اروپا استانداردهاي مرتبط با اين موضوع عمدتاً توسط ‌‌‌‌3 GPP  و تحت عنوان UMTS تدوين شده‌اند. شركت مخابرات ژاپن (‌ NTT DoCoMo ) حتي براي نسل چهارم مخابرات سيار برنامه‌ريزي نموده است، ولي هنوز استانداردي در اين مورد وجود ندارد.

‌مطابق استانداردهاي موجود، حركت از نسل دوم به نسل سوم به صورت تدريجي و در سه مرحله انجام مي‌پذيرد:‌

مرحله يكم: حركت از نسل دوم به نسل 5/2 متكي بر GPRS : نسل دوم شبكه تلفن سيار متكي بر فناوري  سوييچينگ مداري است كه بسيار شبيه شبكه تلفن است و همان محدوديت‌ها را در ارسال ديتا دارد. فناوري GPRS با اتصال شبكه سوييچينگ بسته‌اي به شبكه تلفن سيار، ارسال ديتا را بهبود مي‌دهد.
مرحله دوم: حركت از نسل 5‌.2‌ به ‌UMTS : در اولين نسخه UMTS ، هنوز هم دو شبكه سوييچينگ بسته‌اي (براي انتقال داده) و سوييچينگ مداري (جهت مكالمات صوتي) به صورت مجزا وجود دارد.

تنها تفاوت، وجود سيستم راديويي با قابليت ارسال ديتا با نرخ‌هاي بالاتر است. نسخه بعدي ‌ ‌UMTS (نسخه 4) داراي قابليت‌هاي بيشتري همچون پشتيباني كامل از خدمات مبتني بر مكان ‌Location Based Services) LBS ) است.

برخي از اپراتورها به تركيب ساختار‌ ‌‌‌3 G با شبكه‌هاي محلي بي‌سيم ‌( WLAN ) از طريق گيرنده چند حالته نيز علاقمندند. در هر حال تا مدتي پس از حضور ‌‌3 G ، گيرنده‌ها بايد قابليت كاركرد با هر دو ساختار ‌‌2 G و‌‌‌ 3 G‌ را به طور همزمان داشته باشند.

مرحله سوم: حركت از ‌‌UMTS نسخه 4 به نسخه‌هاي ‌‌5‌‌ و ‌‌6: با حركت  به سمت ‌‌UMTS نسخه ‌‌5، هسته شبكه به‌طور كامل از نوع ‌‌IP  خواهدشد و كليه مكالمات از طريق همين هسته مشترك و با استفاده از سازوكار سيگنالينگ موسوم به‌ ‌IP Multimedia Subsystem‌) IMS ) ‌انجام مي‌گيرند.

تمامي خدمات پيشين و نوين نيز بايد از طريق همين چارچوب، كنترل و فراهم شود. نسخه آخر ‌‌UMTS قابليت‌هاي اضافه‌اي همچون كار بينابين شبكه‌هاي ‌WLAN و مخابرات سيار را نيز به ارمغان مي‌آورد.

‌‌4- حركت به سمت شبكه