Rambler's Top100
Статьи ИКС № 11 2011
Максим ИКОННИКОВ  09 ноября 2011

IP+, или Как подготовить сеть к LTE

Сети LTE уже победоносно шествуют по некоторым странам, а российские операторы еще только готовят к LTE свои сетевые инфраструктуры. Процесс этот сложный и многогранный, в нем есть ряд важных моментов.

Максим ИКОННИКОВ, руководитель подразделения беспроводных технологий, заместитель главы департамента развития бизнеса и технологий Alcatel-Lucent в России и странах СНГ  «Полный» IP

С точки зрения сетевых технологий главное отличие инфраструктуры LTE от сетей сотовой связи всех предшествующих поколений состоит в том, что она полностью строится на базе протокола IP – от абонентского терминала до узла предоставления сервисов или сервера приложений. В сетях 3G пользовательский трафик доходит до контроллера (RNC), а затем данные и голос разделяются и направляются в свои «домены»: данные – в сеть передачи данных, а голос – в телефонную сеть, где используются классическая технология коммутации каналов и коммутатор MSC. В сети LTE деления на «домены» нет: и данные, и голос (упакованный в IP-пакеты), и все другие типы трафика передаются через единое пакетное ядро – Evolved Packet Core.

Более того, технология LTE ликвидирует контроллер как выделенный элемент – его функции перераспределяются между базовыми станциями (eNodeB) и пакетным ядром. Все это существенно упрощает архитектуру сети. Если сети 2G/3G имеют многоуровневую иерархическую структуру и используют различные сетевые протоколы, то LTE – это «плоская» сеть гораздо более простой архитектуры, с существенно меньшим числом элементов, что обеспечивает, в частности, возможность передачи трафика с более высокой скоростью и меньшими задержками.

Однако при уменьшении количества элементов архитектуры увеличивается число связей между ними. Если в сетях 2G/3G для подключения базовой станции обычно существует одно соединение «точка-точка», а общая топология сети имеет вид «звезды», то в сети LTE одна базовая станция eNodeB может быть соединена с 16 элементами ядра сети (по интерфейсам S1), а общая топология становится полносвязной (full mesh). Более того, стандарты предусматривают возможность напрямую соединять узлы eNodeB между собой (по интерфейсам X2), что еще больше увеличивает число соединений.

Все сказанное означает, что при внедрении LTE требуется серьезно пересмотреть традиционный подход к построению распределительных (backhaul) сетей, обеспечивающих подключение базовых станций. Ориентация на подключения «точка-точка» и традиционный подход к наращиванию их пропускной способности за счет увеличения числа физических линий E1 уже не годится. Возможна поэтапная пакетизация отдельных направлений сети – что уже делают многие операторы, но гораздо более перспективным выглядит комплексный переход на IP-инфраструктуру. При этом унаследованные узлы можно подключать с помощью хорошо отработанных решений, обеспечивающих передачу TDM- и ATM-трафика через пакетные сети IP. Это, например, технологии формирования псевдопроводов (рекомендация RFC 4717) или эмуляции выделенных линий (MEF 8, RFC 4553 и RFC 5086).

IP + Ethernet

С точки зрения потребительских свойств главное, что дает LTE, – существенное увеличение скорости передачи информации. Теоретическая пиковая скорость загрузки данных абонентом в сети LTE составляет 173 Мбит/с при использовании технологии MIMO 2×2 (Multiple Input Multiple Output) и 326 Мбит/с – в случае MIMO 4×4. Это означает заметное увеличение нагрузки на сеть. Каждая трехсекторная базовая станция LTE потребует для подключения каналов сотен мегабит в секунду, а так как распределенная архитектура базовых станций позволяет устанавливать на одном сайте несколько станций и выносить радиоблоки по оптике, то требование гигабитного подключения сайта уже не кажется чрезмерным.

А не за горами технология LTE-Advanced (3GPP Release 10), которая способна поддерживать в нисходящем канале скорость 1 Гбит/с – при использовании режима MIMO 8×8 и объединении двух полос шириной 20 МГц. Всего же LTE-Advanced позволяет объединять до пяти таких полос. При гигабитных подключениях базовых станций LTE пропускная способность магистральной сети должна составлять десятки и даже сотни гигабит в секунду. Наиболее эффективно такую скорость обеспечивает технология Ethernet (для нее уже стандартизованы интерфейсы 40 и 100 Гбит/с), поэтому неудивительно, что именно на нее делают ставку операторы при развитии сетевых инфраструктур. Если для базовых станций 3G W-CDMA (Node Bs) наличие интерфейса Ethernet было опцией, то для станций LTE (eNodeB) это уже обязательное требование. Привлекает и возможность реализации каналов Ethernet самыми разными способами: по оптическим и медножильным кабелям (правда, «медь» в основном предназначена для ЛВС), по беспроводным каналам – здесь следует отметить новое поколение радиорелейных станций, специально «заточенных» под передачу пакетного и гибридного трафика. Наконец, для отдельных проектов привлекательной может оказаться организация каналов Ethernet с помощью пассивных оптических сетей (PON), что уменьшает стоимость транспорта.

К «сладкой парочке» IP/Ethernet следует добавить еще одну технологию, поддержка которой становится неотъемлемым атрибутом пакетных сетей. Это MPLS, способная обеспечить эффективное управление трафиком и качество обслуживания (QoS). Данная технология устраняет один из главных недостатков обычных IP-сетей, таких как Интернет: отсутствие каких бы то ни было гарантий качества обслуживания трафика.

IP + Sec

Еще одна серьезная проблема, имеющая место в «неподготовленных» IP-сетях, связана с безопасностью. Понятно, что хакеры и другие злоумышленники наработали большой арсенал приемов взлома IP-сетей, несанкционированного извлечения из них информации, вывода из строя серверов и пр. При этом мало кто слышал о взломе сетей TDM и ATM. А для инфраструктуры LTE, напомним, использование технологии IP/Ethernet является обязательным в отличие от сетей сотовой связи предыдущих поколений, которые в основном строились на базе TDM и/или ATM.

В плоской IP-сети атаки могут быть инициированы с любого из сотен и тысяч узлов. Как уже отмечалось, в сетях LTE нет контроллеров RNC (как выделенных элементов), а значит, между базовыми станциями eNodeB и пакетным ядром убирается барьер, который мог бы служить дополнительной защитой от взлома. Наконец, сетей LTE, безусловно, коснется набирающая силу тенденция использования небольших базовых станций (микро-, пико- и фемтосот), которые зачастую располагаются вне специально оборудованных и защищаемых мест.

Конечно, в этих условиях операторы связи должны пересмотреть подходы к обеспечению физической безопасности своих объектов. В части же сетевых средств одним из главных «защитников» становится протокол IPSec, который позволяет формировать закрытые туннели для передачи информации. Применение IPSec, как и любого другого средства безопасности, несет с собой определенные неудобства: это и увеличение доли служебной информации в пакете, и повышение нагрузки на вычислительные ресурсы сетевых узлов, и дополнительные сложности управления большим числом IPSec-туннелей. Но безопасность более важна и ценна, поэтому все чаще операторы прибегают к этому протоколу. Существуют варианты с частичным использованием IPSec, например, только на участках между узлами, физическую безопасность которых оператор не может гарантировать, или только для защиты служебной информации. Помимо «закрытия» собственной сети IPSec имеет еще одно преимущество – возможность безопасного проброса трафика через сети других операторов.

IP + Sync

Долгое время широкому применению пакетного транспорта в сетях операторов связи препятствовал еще один недостаток – отсутствие механизма синхронизации, необходимого, в частности, для подключения базовых станций систем сотовой связи. В сетях предыдущих поколений станции получали сигналы синхронизации по каналам PDH (E1), однако этот вариант невозможен в LTE, поскольку базовые станции eNodeB вообще не будут оснащены интерфейсом E1. На сегодня разработано несколько вариантов решения данной проблемы, основные связаны с использованием технологий Synchronous Ethernet (Sync-E, стандарт ITU G.8261) и Precision Time Protocol версии 2 (PTPv2, стандарт IEEE 1588-2008).

При выборе одной из этих технологий важно понимать их возможности и ограничения. Работающий на уровне канала передачи данных протокол PTP обеспечивает как частотную, так и временную синхронизацию, но его работа зависит от уровня загрузки сети. Функционирующий на физическом уровне механизм Sync-E не зависит от загрузки сети и позволяет передавать сигнал синхронизации через транзитные устройства, но обеспечивает только частотную синхронизацию. Ее достаточно для базовых станций GSM и 3G, но, например, для систем LTE, работающих в режиме временного дуплекса (TDD), необходима точная шкала времени, а потому потребуется внедрение технологии PTPv2.

В настоящее время на рынке достаточно эффективных средств для обеспечения синхронизации в сетях IP/Ethernet с использованием технологий Sync-E и PTP. Они позволяют отказаться от установки на каждой базовой станции средств получения опорного сигнала от системы GPS – варианта, который может иметь не только экономические, но и регуляторные ограничения. Кроме того, поддержка сетевой синхронизации позволяет шире применять «малые» базовые станции, располагая их в тех зонах, где отсутствует сигнал GPS.

Итак, сегодня имеется все необходимое для устранения «врожденных» недостатков пакетных сетей IP/Ethernet и обеспечения в них гарантированного качества обслуживания (QoS), безопасности (IPSec) и синхронизации (Sync-E и PTP). Благодаря плоской IP-архитектуре сотовые операторы впервые имеют возможность распределять по сети функционал, получая технические и экономические выгоды. Например, «интеллект» базовых станций можно централизованно размещать в облаках, что предусмотрено разработанной Alcatel-Lucent концепцией lightRadio. Кроме того, распределенная архитектура сети дает возможность объединять функционал элементов пакетного ядра и транспорта. Это значительно снижает стоимость развертывания LTE и модернизации транспортной сети.  

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!