‌ngn نسل آینده شبکه‌ها

[afa 18504]

با آن‌كه تقریبا همه بر این باورند كه موج بزرگ بعدی در صنعت مخابرات در‌‌ ‌قالب شبكه‌های نسل آینده یا ‌Next Generation Network‌) ‌NGN) ظهور نموده است، اگر تعریف روشن و صریحی از ‌NGN خواسته شود با جواب‌های بعضاً متناقض روبه‌روخواهیم بود. در واقع ‌‌NGN برای هر شركت مخابراتی اعم از آن‌هایی كه به تازگی وارد این عرصه شده‌اند یا آن‌هایی كه سال‌هاست به ارائه خدمات ارتباطی مشغولند، مفهوم خاصی دارد. در این نوشتار سعی می‌شود با تشریح دلایل و محرك‌های پدیده NGN، ابعاد آن تا حد ممكن باز شود و تاثیرات ناشی از آن بر روند فعالیت شركت‌های مخابراتی نشان داده شود.‌

●‌آشنایی‌

NGN در آغاز بیشتر به گستره‌ای از مفاهیم فنی و تجاری اطلاق می‌شد كه تغییراتی را در صنعت مخابرات نوید می‌داد. اكنون پس از تقریبا پنج سال كار و تلاش، این مفاهیم در قالب خدماتی نوین برای هر دو گروه فراهم‌كنندگان و مصرف‌كنندگان ظهوریافته است. به عبارت دیگر، آینده‌ای كه از آن سخن می‌رفت عملاً فرارسیده است. اساساً در هر تجارتی ازجمله تجارت مخابراتی، تغییری صورت نمی‌گیرد؛ مگر با هدف كسب رضایت بیشتر مصرف‌كنندگان و بهبود بازده مالی تولید‌كننده. البته ‌NGN این دو ویژگی را در خود دارد. ارائه خدمات نوین از سویی و كاهش هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی از سوی دیگر موجبات رضایت هر دو طرف را فراهم می‌سازد. ‌

اگر از مفاهیم كلی بگذریم و وارد لایه فنی شویم، به وضوح خواهیم دید كه ظهور پدیده ‌‌NGN نتیجه منطقی و طبیعی روندی است كه از آغاز پیدایش اینترنت در صحنه ارتباطات رخ داده است. رشد تصاعدی تعداد كاربران این شبكه و تمایل روزافزون سایر بخش‌های تجاری به به‌كارگیری اینترنت و شبكه‌های كوچك‌تر با فناوری مشابه (همچون اینترانت‌ها) به عنوان بستر فعالیت‌های تجاری، كمیت و كیفیت مورد انتظار از كاربردهای اینترنتی را به‌صورت تصاعدی افزایش داده است. برای مثال ارائه فناوری‌هایی نظیر ‌VoIP بستر اینترنت را به‌صورت نامزدی برای مكالمات تلفنی، آن هم با هزینه‌های به مراتب پایین‌تر از شبكه‌های تلفنی در‌آورده است. ‌

در چنین شرایطی كه حجم ترافیك‌های دیتا در برابر ترافیك‌های سنتی تلفنی رشدی چند برابری دارد و با ظهور ‌VoIP نیز حتی منبع درآمد اصلی شركت‌های مخابراتی را تهدید می‌كند، طبیعی است كه این شركت‌ها به فكر چاره‌ای باشند تا بقای خود را در دنیایی كه دیتا و پروتكل اینترنت (‌IP) درآن حرف اول را می‌زنند، حفظ نمایند. دستاورد چنین الزامی هم، ‌NGN و مجموعه تغییراتی است كه با خود به همراه خواهد داشت. ‌‌NGN را می‌توان نتیجه تفكر همگرایی (‌Convergence) در شبكه‌های ارتباطی دانست: تفكری كه با هدف همگرا نمودن كلیه بسترهای ارتباطی موجود (اعم از دیتا، موبایل، تلفن و تلویزیون كابلی و...) روی بستری مشترك مبتنی‌بر فناوری ‌IP، سعی در كاهش هزینه‌ها و ارائه یكپارچه خدمات دارد.‌

البته تلاش برای همگرایی شبكه‌ها سابقه‌ای نسبتا طولانی دارد. برای مثال، در دهه ۱۹۸۰ میلادی این ایده عملاً درقالب شبكه‌های دیجیتال خدمات یكپارچه یا ‌Integrated Service Digital Network) ISDN) طرح گردید كه در آن زمان به دلایلی از جمله: آماده نبودن سطح فناوری و گران‌ تمام شدن خدمات، تنها در چند كشور پیشرفته به كارگرفته شد. ولی ‌NGN در زمانی مناسب و با توجه به میزان تقاضای مصرف‌كننده طرح شده‌است و به جای فناوری گران و پیچیده ATM، بر پایه فناوری ساده، ارزان و پذیرفته‌شده ‌‌IP ایجاد می‌شود. ‌

البته با تمام این توضیحات، باید پذیرفت كه ‌‌NGN و به‌كارگیری آن مستلزم تغییرات اساسی در ساختار عملیاتی شركت‌های مخابراتی خواهد بود: تغییراتی كه بر تمامی جوانب فعالیت این شركت‌ها، اعم‌ از فرهنگ كاری كاركنان و مدیران، گردش سرمایه و ساختار شبكه موجود مؤثر خواهد بود. در واقع برای موفقیت ‌NGN نیازمند تفكر و نگرش جدیدی در میان مدیران میانیِ شركت‌های مخابراتی خواهیم بود كه سخت‌ترین قسمت این فرایند زودگذر را نیز تشكیل می‌دهد.

●‌اصول و مفاهیم ‌‌NGN

از دید كلی ‌ NGN بر سه اصل اولیه متكی است كه عبارتند از:

۱ ـ معماری لایه‌ای: ‌‌NGN به شكلی پیاده‌سازی می‌شود كه مجموعه توابع آن در چندین لایه متفاوت قرار گیرند. این لایه‌ها مطابق شكل ۱عبارتند از: دسترسی، انتقال، كنترل و خدمات. مزیت قرار دادن توابع در لایه‌های گوناگون این است كه هر لایه به‌صورت جداگانه بهینه‌سازی می‌شود؛ بدون آن‌كه بر لایه‌های دیگر تأثیر گذارد. معماری لایه‌ای ‌‌NGN انعطاف و قابلیت توسعه را به همراه می‌آورد و زمان ایجاد خدمات نوین را در این شبكه كاهش می‌دهد.‌

۲ ـ اینترفیس‌های استاندارد: توابع هر لایه ‌‌NGN از طریق اینترفیس‌های استاندارد با توابع سایر لایه‌ها و سایر شبكه‌ها در ارتباطند. این اصل راه را برای اجرای توافقنامه‌های همكاری میان فراهم‌كنندگان خدمات شبكه باز می‌كند، طیف گسترده‌تری از خدمات را برای كاربران نهایی فراهم می‌نماید و سطح تحت پوشش شبكه ‌NGN را افزایش می‌دهد. ‌

۳ ـ چند سرویسی بودن: اصل بسیار مهم چند سرویسی بودن، یعنی برخلاف شبكه‌های نسل قبل است كه، هر یك برای خدمات خاص و مشخصی طراحی شده‌اند. این اصل به فراهم‌كنندگان امكان ارائه خدمات نوین و یكپارچه را می‌دهد و برای كاربران نیز به معنی دسترسی یكسان به انواع خدمات مورد نیازشان است.‌

●معماری ‌NGN

مدیریت شبكه و كنترل عملیات آن، امنیت و سیستم حسابرسی در تمامی چهار لایه وجود دارند. در این معماری وظایف هر لایه به این ترتیب است:

الف ـ لایه دسترسی: ارتباط میان كاربران و شبكه را فراهم می‌كند و پیاده‌سازی آن می‌تواند به صورت سیمی و یا بدون‌سیم انجام گیرد و می‌تواند از رسانه‌های گوناگون ارتباطی همچون سیم مسی، كابل و فیبرنوری استفاده كند.

این لایه به دو صورت سوییچینگ بسته‌ای و سوییچینگ مداری ایجاد می‌شود. ‌

۱ ـ لایه انتقال: ارتباط میان گره‌های شبكه (‌Node) را برقرار می‌كند و از یك یا چند شبكه زیرساخت از نوع سوییچینگ بسته‌ای (مانند IP) تشكیل شده است. لینك‌های این شبكه‌ها معمولا از نوع فیبرنوری است، ولی امكان استفاده از ارتباطات ماهواره‌ای نیز وجود دارد.

روی این لایه تنوع ترافیك زیادی وجود دارد. ترافیك‌های مختلفی همچون مكالمات صوتی، تصاویر ویدیویی، تبادلات دیتا و فایل‌های اطلاعاتی، روی همین بستر مشترك مبادله می‌شوند. در گره‌های انتهایی به كمك دروازه‌هایی

‌(‌Gateway)، ترافیك شبكه دسترسی و شبكه‌های غیر ‌NGN (مانند ترافیك‌های تلفنی و كنفرانس‌های تصویری)، به ترافیك مناسب عبور روی شبكه ‌NGN تبدیل می‌شوند. ‌

۲ ـ لایه كنترل: مشتمل بر عناصر كنترل‌كننده شبكه و خدمات آن است. به عبارت دیگر، این لایه تمامی لایه‌های دیگر اعم از دسترسی، انتقال و خدمات را تحت نظارت و فرمان خود قرار می‌دهد. برای مثال برقراری و قطع اتصالات برای مكالمات صوتی یا ارتباطات چندرسانه‌ای (صوتی و تصویری)، همچنین تدارك هوشمندانه خدمات و منابع لازم برای ارائه آن‌ها برعهده این لایه است. یكی از اصول اساسی NGN، جداسازی منطقی سازوكار كنترل از سخت‌افزارهای لایه‌های زیرین آن است. ‌

ب ـ لایه خدمات: این لایه حاوی خدمات پایه است و به فراهم‌كنندگان در ایجاد خدمات پیچیده و كامل‌تر كمك می‌كند و نقش واسطه را جهت دستیابی به امكانات لایه‌های پایین‌تر بازی می‌كند. البته سطح و كیفیت این استفاده به سطح روابط میان فراهم‌كننده خدمات و فراهم‌كننده شبكه باز می‌گردد. (كه در ‌NGN می‌توانند دو شركت مستقل باشند). لایه خدمات به صورت اینترفیس‌های برنامه‌نویسی كاربردی ‌(‌API) برای نرم‌افزارهای سرور، یا به‌صورت رابط‌های استانداردی میان سرورها و شبكه، پیاده‌سازی می‌شود. در هر حال هدف، قابل دسترسی نمودن خدمات و امكانات لایه‌های زیرین شبكه برای نرم‌افزارهای سرور است. ‌

●فناوری‌های ‌NGN

‌پس از بررسی اصول و معماری شبكه NGN، نوبت به بررسی برخی از مهم‌ترین فناوری‌های موجود در این شبكه می رسد. اصولا ‌ ‌NGN تركیبی پازل مانند از فناوری‌ها در لایه‌های گوناگون است كه در ضمن تشریح فرایند حركت به سمت شبكه NGN، مروری برآن‌ها خواهیم داشت.

محرك اصلی در حركت به سمت NGN، كاهش هزینه‌های اولیه موسوم به (CAPEX) و جاری، جهت نگهداری شبكه موسوم به (OPEX) و افزایش درآمد از طریق ارائه سریع خدمات نوین است، ولی هر اپراتور شبكه مسیر و شتاب متفاوتی را برای حركت به سمت این شبكه برمی‌گزیند، البته برآیند تمامی این حركت‌ها به سمت یك شبكه همگرا و مبتنی بر ‌‌IP است. انعطاف زیاد، هزینه پایین و پشتیبانی جهانی، مهم‌ترین دلایلی هستند كه فناوری اینترنت را به‌صورت نامزد مناسبی برای ایجاد ‌NGN در آورده است. البته این فناوری در شكل فعلی خود دارای محدودیت‌هایی از جمله فقدان كیفیت سرویس تضمین شده است كه باید بر آن‌ها غلبه كرد.

روند گذر به ‌NGN را برای انواع اپراتورهای اصلی عبارتند از: اپراتورهای تلفن ثابت، تلفن همراه، دیتا و تلویزیون. براین‌اساس می‌توان انواع گوناگونی از گذر به سمت NGN را برای این اپراتورها تعریف كرد.گذر از شبكه‌های سوییچینگ مداری برای اپراتورهای تلفنی، گذر از شبكه‌های سوییچینگ بسته‌ای برای اپراتورهای دیتا و شبكه‌های موبایل و بالاخره روند گذر اپراتورهای تلویزیونی كه یك تحول اساسی را طلب می‌كند. در ادامه حركت‌های گوناگون به سمت NGN به طور خلاصه تشریح می‌شوند.

‌۱- حركت به سمت ‌‌NGN برای شبكه‌های مبتنی بر سوییچینگ مداری‌

▪‌وضعیت جاری:‌‌ ‌در حال حاضر اپراتورهای این گروه از فناوری‌های سوییچ مداری (‌Circuit Switch) برای ارائه خدمات تلفنی و برخی خدمات دیتا ‌‌IP)، ‌‌ATM و ‌Frame Relay) استفاده می‌كنند. محرك اصلی این گروه برای حركت به سمت NGN، دستیابی به یك شبكه همگراشده با خدمات چندگانه (‌multi service) و كاهش هزینه‌ها از این طریق است. البته این حركت هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیم زیادی همچون ارتقای تجهیزات، آموزش مجدد پرسنل و تغییرات سازمانی دارد كه با شرایط كیفی نه‌چندان خوب شبكه‌های فعلیIP، باعث بروز تاخیر در حركت این گروه از اپراتورها به سمت ‌NGN شده و این تأخیر به‌ویژه در لایه دسترسی مشهود است.

با این حال، همزمان با تكامل فناوری IP، شاهد حركت تدریجی این گروه هستیم. این فرایند ده سال یا حتی بیشتر به طول می‌انجامد و در این مدت شاهد حضور هر دو گروه فناوری در كنار یكدیگر خواهیم بود. حركت فوق به دو شكل و انجام می‌پذیرد.

▪استراتژی جایگزینی: در این روش تجهیزات شبكه تلفنی به تدریج با تجهیزات NGN جایگزین می‌شوند. این جایگزینی با هدف افزایش ظرفیت در بخش هسته و ارائه خدمات جدید در بخش لبه‌ای شبكه انجام می‌گیرد. ‌

▪استراتژی همپوشانی: این روش از طریق یكپارچه‌سازی دو شبكه IP و تلفنی از طریق دروازه‌های واسط انجام می‌گیرد. این دروازه‌ها تبدیل و هدایت ترافیك‌های صوتی و دیتا را میان دو شبكه برعهده دارند.جهت تبادل سیگنالینگ میان دو شبكه نیز ازپروتكل‌های ‌‌H.۳۲۳ و SIP استفاده می‌شود. با افزایش قابلیت‌های شبكه ‌IP و دستیابی به كیفیت خدمات، حجم ترافیك‌های صوتی عبوری از این شبكه نیز به تدریج افزایش می‌یابد.

‌۲- حركت به سمت ‌NGN برای شبكه های مبتنی بر سوییچینگ بسته‌ای

‌شبكه‌های مبتنی بر سوییچینگ بسته‌ای در حال حاضر از پروتكل‌های گوناگونی استفاده می‌كنند. ‌، IP روی ‌‌ATM روی ‌‌SDH روی ‌DWDM> و ‌ نمونه‌هایی از پشته‌های پروتكلی موجودند. برای این گروه، ‌NGN یعنی ساده كردن این پشته‌های چندلایه‌ای و آماده كردن آن‌ها برای عبور ترافیك‌های حساس صوتی و بلا‌درنگ‌ (‌Real Time).

راهكارهای متعددی برای حركت به سمت ‌NGN برای این گروه وجود دارد، اما یكی از عناصر مشترك این راهكارها،‌IPv۶ است. این نسخه جدید از پروتكل ‌‌IP دو ویژگی اصلی دارد: فضای آدرس در این نسخه ‌‌۱۲۸‌‌ بیتی است كه محدودیت آدرس ‌IP را برطرف می‌كند. به‌علاوه، روند توسعه‌یافته و پیكربندی خودكار كامپیوترهای میزبان، امكان حركت وجابه‌جایی (‌Mobile IP) میزبان‌ها را در شبكه فراهم می‌كند. پیاده‌سازی كامل ‌‌‌IPv۶ علاوه بر ارتقای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تجهیزات شبكه، تغییرات اساسی در تجهیزات كاربران را نیز طلب می‌كند. بنابراین پیاده‌سازی كامل آن تا قبل از سال‌های ‌‌۲۰۳۰‌‌ یا ‌‌۲۰۴۰‌‌ مقدور نخواهد بود و در این میان شاهد حضور همزمان‌‌ ‌IPv۶ و ‌‌ ‌IPv۴ خواهیم بود.

‌‌۳- حركت به سمت ‌NGN برای شبكه‌های تلفن سیار ‌

وضعیت جاری: با شروع سال ‌‌۲۰۰۰‌، كشورهای اروپایی شروع به واگذاری مجوز استفاده از طیف فركانسی برای اپراتورهای نسل سوم شبكه تلفن همراه (۳G) نمودند. اما با وجود هزینه‌های سنگین انجام گرفته، این اپراتورها با چالش‌های بسیاری بر سر پیاده‌سازی ‌‌‌‌۳G روبه‌رو بوده‌اند كه سرمایه‌گذاری آن‌ها را زیر سؤال برده است. یكی از مهم‌ترین این چالش‌ها، تعدد مراجع استانداردسازی مرتبط با ‌‌۳G است. در اروپا استانداردهای مرتبط با این موضوع عمدتاً توسط ‌‌‌‌۳GPP و تحت عنوانت UMTS دوین شده‌اند. شركت مخابرات ژاپن (‌NTT DoCoMo) حتی برای نسل چهارم مخابرات سیار برنامه‌ریزی نموده است، ولی هنوز استانداردی در این مورد وجود ندارد.

‌مطابق استانداردهای موجود، حركت از نسل دوم به نسل سوم به صورت تدریجی و در سه مرحله انجام می‌پذیرد:‌

▪مرحله یكم: حركت از نسل دوم به نسل ۵/۲ متكی بر GPRS: نسل دوم شبكه تلفن سیار متكی بر فناوری سوییچینگ مداری است كه بسیار شبیه شبكه تلفن است و همان محدودیت‌ها را در ارسال دیتا دارد. فناوری GPRS با اتصال شبكه سوییچینگ بسته‌ای به شبكه تلفن سیار، ارسال دیتا را بهبود می‌دهد.

▪مرحله دوم: حركت از نسل ۵‌.۲‌ به ‌UMTS: در اولین نسخه UMTS، هنوز هم دو شبكه سوییچینگ بسته‌ای (برای انتقال داده) و سوییچینگ مداری (جهت مكالمات صوتی) به صورت مجزا وجود دارد.

تنها تفاوت، وجود سیستم رادیویی با قابلیت ارسال دیتا با نرخ‌های بالاتر است. نسخه بعدی ‌ ‌UMTS دارای قابلیت‌های بیشتری همچون پشتیبانی كامل از خدمات مبتنی بر مكان ‌Location Based Services) LBS) است.

برخی از اپراتورها به تركیب ساختار‌ ‌‌‌۳G با شبكه‌های محلی بی‌سیم ‌(WLAN) از طریق گیرنده چند حالته نیز علاقمندند. در هر حال تا مدتی پس از حضور ‌‌۳G، گیرنده‌ها باید قابلیت كاركرد با هر دو ساختار ‌‌۲G و‌‌‌ ۳G‌ را به طور همزمان داشته باشند.

▪مرحله سوم: حركت از ‌‌UMTS نسخه ۴ به نسخه‌های ‌‌۵‌‌ و ‌‌۶: با حركت به سمت ‌‌UMTS نسخه ‌‌۵، هسته شبكه به‌طور كامل از نوع ‌‌IP خواهدشد و كلیه مكالمات از طریق همین هسته مشترك و با استفاده از سازوكار سیگنالینگ موسوم به‌ ‌IP Multimedia Subsystem‌) IMS) ‌انجام می‌گیرند.

تمامی خدمات پیشین و نوین نیز باید از طریق همین چارچوب، كنترل و فراهم شود. نسخه آخر ‌‌UMTS قابلیت‌های اضافه‌ای همچون كار بینابین شبكه‌های ‌WLAN و مخابرات سیار را نیز به ارمغان می‌آورد.

‌‌۴- حركت به سمت شبكه NGN برای شبكه‌های رادیو تلویزیونی‌

تركیبات گوناگونی برای كار بینابین شبكه‌های مخابراتی و شبكه‌های رادیوتلویزیونی وجود دارد كه استفاده این دو گروه از زیرساختارهای یكدیگر را ممكن می‌كند. زیرساختار شبكه‌های رادیوتلویزیونی متشكل از سه گونه شبكه‌های زمینی (مایكروویو)، كابلی و ماهواره‌ای است كه با دیجیتالی شدن، اولین گام را به سوی ‌‌NGN برداشته‌اند.

دو استاندارد اصلی‌‌ ‌Digital Audio Broadcasting) DAB) و Digital Video Broadcasting‌) DVB) است كه توسط سازمان اروپایی ‌‌ETSI طرح گردیده‌اند. به علاوه، فناوری‌های تلویزیون كابلی و تلفیق فیبر و كابل كواكسیال‌(‌HFC) امكان ارائه سرویس‌های یكطرفه و دوطرفه اینترنتی را روی ساختارهای موجود این شبكه ها فراهم نموده است.

در حال حاضر پیشنهاداتی جهت تركیب شبكه‌های تلویزیونی و تلفن همراه وجود دارد. اصول این تلفیق مبتنی بر ارسال ترافیك ‌Upstream از طریق شبكه موبایل (‌GPRS ‌یا UMTS) و دریافت ترافیك ‌Downstream با ظرفیت بیشتر از طریق ‌‌DVB یا ‌‌DTTV است كه البته در اجرا با چالش‌های زیادی روبه‌رو است. در عمل باید گفت تا زمان پیاده‌سازی سرویس‌های تلویزیونی روی شبكه ‌IP هنوز راه زیادی باقی مانده است.