شبکه های نسل جدید (NGN)

NGN چیست؟

شبکه‌های نسل آینده یا Next Generation Networks (NGN) به مجموعه‌ای از تغییرات و تحولات معماری در شبکه‌های مخابراتی و داده‌ای اطلاق می‌شود که هدف آن یکپارچه‌سازی تمامی سرویس‌ها (صوت، داده، ویدئو و رسانه‌های چندرسانه‌ای) در یک شبکه واحد مبتنی بر پروتکل اینترنت (IP) است.

طبق تعریف استاندارد سازمان جهانی مخابرات ITU-T، NGN عبارت است از:

شبکه‌ای مبتنی بر انتقال بسته‌ای (packet-based) که قادر به ارائه سرویس‌های ارتباطی (شامل سرویس‌های مخابراتی) است، می‌تواند از چندین فناوری انتقال پهن‌باند با پشتیبانی کیفیت خدمات (QoS) استفاده کند، و در آن وظایف مربوط به سرویس از فناوری‌های انتقال مستقل هستند. این شبکه به کاربران اجازه می‌دهد بدون محدودیت به چندین ارائه‌دهنده سرویس دسترسی داشته باشند و از تحرک یکپارچه (generalized mobility) پشتیبانی می‌کند.

اهداف اصلی NGN

شبکه‌های NGN با اهداف زیر طراحی می‌شوند:

• همگرایی سرویس‌ها:
  یک شبکه واحد برای انتقال صوت، داده، ویدئو و سایر سرویس‌ها با استفاده از IP و بسته‌بندی اطلاعات.
• کاهش هزینه‌ها و بهینه‌سازی منابع:
  جایگزینی چندین شبکه اختصاصی با یک شبکه مشترک باعث کاهش سرمایه‌گذاری (CAPEX) و هزینه‌های عملیاتی (OPEX) می‌شود.
• پشتیبانی از سرویس‌های نوین:
  امکان ارائه خدمات جدید، قابل توسعه و قابل مدیریت با استفاده از معماری سرویس‌محور.
• دسترسی آزاد و رقابتی:
  کاربران می‌توانند به سرویس‌های متنوع از ارائه‌دهندگان مختلف دسترسی داشته باشند.

ویژگی‌های کلیدی NGN

شبکه‌های NGN براساس تعاریف رسمی دارای ویژگی‌های زیر هستند:

1. انتقال مبتنی بر بسته (Packet-Based)

به جای سوئیچینگ سنتی مدار (مثل PSTN)، تمام اطلاعات (صوت، داده و ویدئو) به صورت بسته‌های IP منتقل می‌شود.

2. جداسازی عملکردهای سرویس از انتقال

در NGN، خدمات کاربر مستقل از فناوری‌های انتقال زیرین هستند، به این معنی که توسعه یا تغییر سرویس‌ها نیازمند تعویض لایه انتقال نیست.

3. پشتیبانی از چندین فناوری انتقال

NGN امکان بهره‌گیری از فناوری‌های مختلف منتقل‌شونده (مانند فیبر نوری، MPLS، Ethernet و پهن‌باند بی‌سیم) را با کیفیت خدمات مشخص فراهم می‌کند.

4. کیفیت خدمات (QoS) End-to-End

شبکه می‌تواند برای خدمات مختلف (مثلاً ویدئو زنده، VoIP، داده) کیفیت خدمات تضمین‌شده ارائه دهد.

5. پشتیبانی از تحرک عمومی (Generalized Mobility)

کاربر می‌تواند از سرویس‌ها به صورت یکپارچه در مکان‌ها و فناوری‌های دسترسی مختلف استفاده کند.

6. همگرایی ثابت-موبایل (Fixed-Mobile Convergence)

یکپارچه‌سازی شبکۀ ثابت و شبکۀ موبایل برای ارائه سرویس‌های یکدست بر بستر IP.

7. دسترسی آزاد به ارائه‌دهندگان سرویس

کاربر می‌تواند از چندین ارائه‌دهنده مختلف خدمات دریافت کند بدون وابستگی به یک شبکه یا اپراتور خاص.

دلایل پیاده‌سازی شبکه‌های نسل آینده (NGN)

در سال‌های اخیر، شبکه‌های مخابراتی و ارتباطی موجود به دلایل متعدد فنی، اقتصادی و ساختاری، پاسخ‌گوی نیازهای رو‌به‌رشد کاربران و سرویس‌ها نبوده‌اند. ازاین‌رو، مهاجرت به شبکه‌های نسل آینده (Next Generation Networks – NGN) به‌عنوان یک ضرورت اجتناب‌ناپذیر مطرح شده است. مهم‌ترین دلایل پیاده‌سازی NGN عبارت‌اند از:

1. کاهش محدودیت‌ها و مشکلات شبکه‌های سنتی

شبکه‌های موجود با چالش‌هایی نظیر افزایش ترافیک، محدودیت پهنای باند، ناتوانی در ارائه خدمات با کیفیت به مشترکین جدید و افت کارایی مواجه هستند. بهره‌گیری از معماری مبتنی بر IP در NGN موجب می‌شود این مشکلات به میزان قابل‌توجهی کاهش یافته و عملکرد شبکه بهبود یابد.

2. رشد تصاعدی ترافیک داده نسبت به صوت

در سال‌های اخیر، میزان ترافیک داده در مقایسه با ترافیک صوت رشد چشمگیری داشته و از الگوهای سنتی خارج شده است. شبکه‌های فعلی که بر اساس الگوهای ایستا و قابل پیش‌بینی ترافیک صوت طراحی شده‌اند، توانایی مدیریت این حجم از ترافیک داده را ندارند. NGN با برخورداری از انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری بالا، امکان مدیریت، توزیع و تخلیه بار ترافیکی (Offloading) را به‌صورت کارآمد فراهم می‌کند.

3. عدم یکپارچگی در شبکه‌های موجود

در شبکه‌های سنتی، زیرساخت‌های مجزایی برای سرویس‌های مختلف نظیر شبکه موبایل، شبکه دیتا، شبکه هوشمند (IN) و سایر سامانه‌ها وجود دارد که موجب پراکندگی و پیچیدگی در مدیریت شبکه می‌شود. در مقابل، NGN با ایجاد یک شبکه یکپارچه و متمرکز، تمامی این سرویس‌ها را در قالب یک معماری واحد ارائه می‌دهد.

4. پیچیدگی در مدیریت و بهره‌برداری از شبکه

شبکه‌های موجود معمولاً از تعداد زیادی سوئیچ با ظرفیت پایین تشکیل شده‌اند. افزایش تعداد عناصر شبکه (Network Elements) فرآیند کنترل، مانیتورینگ و مدیریت شبکه را دشوار و پرهزینه می‌کند. NGN با کاهش تعداد تجهیزات و تمرکز بر مدیریت مرکزی، فرآیند بهره‌برداری از شبکه را ساده‌تر و کارآمدتر می‌سازد.

5. محدودیت و اتمام ظرفیت شبکه‌های فعلی

به دلیل محدودیت ذاتی در ظرفیت سوئیچ‌های PSTN، شبکه‌های موجود به‌سرعت به آستانه ظرفیت خود نزدیک شده‌اند و در بسیاری از موارد قادر به ارائه سرویس به مشترکین جدید نیستند. مهاجرت به NGN این محدودیت‌ها را برطرف کرده و امکان توسعه ظرفیت شبکه را فراهم می‌کند.

6. افزایش سودآوری و ایجاد فرصت‌های تجاری جدید

تحولات فناوری در حوزه شبکه، فرصت‌های نوینی برای ارائه سرویس‌ها و کاربردهای جدید ایجاد کرده است. شرکت‌هایی که بتوانند خود را با فناوری NGN تطبیق دهند، قادر خواهند بود با ارائه خدمات نوآورانه، درآمد و سودآوری خود را به شکل قابل‌توجهی افزایش دهند.

7. استفاده از پروتکل‌های استاندارد

در شبکه‌های امروزی، تجهیزات مورد استفاده اغلب از تولیدکنندگان مختلف هستند که این موضوع می‌تواند مشکلات سازگاری ایجاد کند. در معماری NGN، از پروتکل‌های استاندارد و باز برای تبادل اطلاعات میان عناصر شبکه استفاده می‌شود که موجب افزایش هماهنگی، قابلیت تعامل و کاهش وابستگی به تولیدکننده خاص می‌گردد.

8. افزایش پهنای باند و ارائه خدمات پرسرعت‌تر

یکی از محدودیت‌های اصلی کاربران شبکه تلفن سنتی، به‌ویژه کاربران Dial-up، پهنای باند بسیار محدود است. NGN با فراهم‌سازی پهنای باند بالا، امکان ارائه اینترنت پرسرعت و طیف گسترده‌ای از سرویس‌های چندرسانه‌ای را برای کاربران فراهم می‌سازد.

9. رشد گسترده استفاده از اینترنت و خدمات آنلاین

افزایش قابل‌توجه تعداد کاربران اینترنت پرسرعت و توسعه خدمات برخط (Online) مانند بانکداری الکترونیکی، تجارت الکترونیک، خدمات پشتیبانی فنی، ارسال و دریافت ایمیل و انتقال فایل، نیاز به زیرساختی قدرتمند و منعطف را اجتناب‌ناپذیر کرده است. NGN پاسخی مناسب به این نیاز رو‌به‌رشد محسوب می‌شود.

معماری NGN

معماری NGN معمولاً به دو بخش اصلی تقسیم می‌شود:

1. Next Generation Core Network (NGCN)

هسته شبکه NGN است که وظیفه کنترل، سوئیچینگ و مدیریت ارتباطات را بر عهده دارد. در این بخش:

• انتقال تمامی سرویس‌ها (صوت، داده و رسانه) بر روی یک هسته IP انجام می‌شود.
• سرویس‌ها از فناوری‌های قدیمی جدا شده و از طریق ساختارهای جدید مدیریت می‌گردند.
• امکان به‌کارگیری فن‌آوری‌های نوین مدیریت سرویس فراهم است

2. Next Generation Access Network (NGAN)

شامل شبکه دسترسی به کاربر نهایی است که با فناوری‌های جدید مانند:

• فیبر نوری تا خانه (FTTx)
• دسترسی پهن‌باند بی‌سیم
• DSL و سایر فناوری‌های انتقال پهن‌باند

طراحی می‌شود تا پهنای باند بالا و کیفیت خدمات را برای کاربر نهایی فراهم کند.

چالش‌ها و مباحث اجرایی

تحول به NGN نیازمند بازنگری در زیرساخت‌های موجود است و چالش‌هایی وجود دارد، از جمله:

• انتقال از شبکه‌های قدیمی (PSTN) به IP-Based
  شبکه‌های سنتی صوت و دیتا باید به‌تدریج جایگزین شوند تا سرویس‌های یکپارچه قابل ارائه باشند.
• مدیریت هویت، امنیت و QoS‌ پیشرفته
  تضمین کیفیت، امنیت داده‌ها و مدیریت کاربران در شبکه‌های NGN پیچیده‌تر از شبکه‌های سنتی است.
• هماهنگی با قوانین و مقررات مخابراتی
  NGN باید با قوانین مربوط به ارتباطات اضطراری، حریم خصوصی و امنیت اطلاعات سازگار باشد.

 اهمیت NGN در صنعت مخابرات

شبکه‌های NGN اساس تحول شبکه‌های مخابراتی در دهه‌های اخیر بوده‌اند و زیرساخت بسیاری از فناوری‌های کنونی مانند اینترنت پهن‌باند، خدمات VoIP، IPTV و فناوری‌های موبایل نسل جدید هستند.