Stavebnice moderní telekomunikační sítě
Moderní telekomunikační síť je komplexní ekosystém vzájemně provázaných vrstev a komponent, které společně zajišťují přenos hlasu, dat a multimédií s garantovanou kvalitou služby (SLA). Od fyzické infrastruktury (optické trasy, napájení, stožáry) přes přepojovací a směrovací prvky (IP/MPLS, optické přepínače) až po cloud-native jádra mobilních sítí, CDN a dohledové systémy: každý prvek má jasně definovanou roli, rozhraní a provozní metriky. Následující text strukturovaně popisuje klíčové komponenty telekomunikační infrastruktury a jejich vzájemné vazby.
Přístupová vrstva (Access): metalická, optická a bezdrátová média
- FTTH/FTTB (PON/AON): optické přístupové sítě využívají Passive Optical Network (GPON, XGS-PON, 25G PON, NG-PON2) nebo aktivní Ethernet. Klíčové prvky: OLT (centrála), splitter/ODF, ONT/ONU (u zákazníka).
- xDSL: VDSL2/Vectoring/SuperVectoring, G.fast pro krátké úseky měděných vedení, DSLAM v ústředně nebo v remotu.
- HFC: hybridní koaxiálně-optická síť (DOCSIS 3.1/4.0), CMTS/CCAP v headendu, kabelové modemy u zákazníků.
- FWA (Fixed Wireless Access): licencovaná i nelicencovaná pásma, 4G/5G/LTE-TDD, směrové spoje v pásmech 6–80 GHz.
- Wi-Fi: domácí a enterprise síť s kontroléry (CAPWAP), standardy 802.11ax/be, integrace do AAA a captive portálů.
- Mobilní RAN: makro/mikro/piko/femto buňky, 4G eNB, 5G gNB s rozkladem RU/DU/CU, masivní MIMO a beamforming.
Agregační a metropolitní vrstva (Aggregation/Metro)
Agregace konsoliduje provoz z přístupové vrstvy a předává jej do core. Používají se MEF-kompatibilní switch/routery s podporou Carrier Ethernet (E-Line, E-LAN), IP/MPLS (LDP/RSVP-TE/SR-MPLS), synchronizace (SyncE, IEEE 1588 PTP) a pokročilé QoS (Hierarchical QoS). Fyzicky je vrstvu tvoří hustá síť optických vláken, DWDM systémů a metro ethernetových uzlů.
Transportní optická síť (DWDM/OTN)
- DWDM: multiplexace desítek až stovek kanálů (100–800G na vlnu), transpondéry, ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer) pro flexibilní směrování světla.
- OTN: digitální rámcování (ODU0–ODU4), dohled a ochrany (1+1, 1:1), lepší OAM pro SLA.
- Optická pasivní infrastruktura: trubky, mikrotrubičky, spojky, smyčky, šachty, rezervy vláken, mapování v GIS/asset systémech.
IP/MPLS core: páteřní směrování a virtualizované přenosy
Páteřní vrstva zajišťuje globální konektivitu, segmentaci a inženýrství provozu. Využívá se dual-stack IPv4/IPv6, směrovací protokoly IS-IS/OSPF a BGP (včetně EVPN), MPLS pro L2/L3 VPN a moderně Segment Routing (SR-MPLS/SRv6) s Traffic Engineering a Fast Reroute. Centralizované řízení pomocí SDN kontrolérů umožňuje intent-based provisioning a telemetrii (gNMI, streaming telemetry).
Datová rovina pro mobilní sítě: EPC a 5G Core
- EPC (4G): MME (signalizace a mobilita), SGW/PGW (uživatelská data a internetový breakout), HSS (subscriber data), PCRF (policy).
- 5G Core (SBA): AMF/SMF/UPF/PCF/UDM/AUSF/NRF/NSSF/NEF. UPF může být distribuován k okraji (edge) pro snížení latence a lokální breakout. Komunikace probíhá přes service-based API (HTTP/2, TLS).
- IMS: pro VoLTE/VoNR/VoWiFi – P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF, HSS/UDM, SBC, aplikační servery (TAS), signalizace SIP/Diameter/HTTP.
RAN a otevřená architektura (O-RAN)
Disagregace RAN rozděluje rádio na O-RU, O-DU, O-CU s definovanými O-rozhraními (A1, E2, O1). Near-RT a Non-RT RIC hostí xApps/rApps pro optimalizaci (interference, energie, QoS). Časování zajišťuje PTP/SyncE a přesná GPS/GNSS synchronizace.
Edge a MEC (Multi-access Edge Computing)
MEC datacentra umísťují aplikační servery, CDN cache, analytics a část síťových funkcí (UPF, firewally) blíže uživateli. To snižuje latenci, zlepšuje odolnost vůči přetížení a umožňuje lokální zpracování pro průmysl, AR/VR, V2X a privátní 5G.
Cloud a virtualizace: NFV, kontejnery a orkestrace
- NFV: virtualizace síťových funkcí (VNF/CNF) nad infrastrukturu (COTS servery, akcelerátory DPDK/SmartNIC, GPU/FPGA).
- Platforma: OpenStack/KVM pro VNF, Kubernetes pro CNF, service mesh (mTLS), observabilita (Prometheus, OpenTelemetry).
- Orchestrování: NFV-MANO (ETSI), 5G service orchestration, intent-based systémy, GitOps/CI-CD a automatizace (Ansible/Netconf/gNMI).
Řízení kvality a QoS/QoE
QoS je realizována kombinací classifikace, značení (DSCP), shapingu, policingu a plánování (WFQ/CBWFQ/LLQ). V mobilních sítích se používají 5QI, GBR/Non-GBR a ARP. Pro SLA jsou klíčové metriky: ztrátovost, jitter, jednocestná latence, dostupnost, MOS pro hlas/video a doba obnovy (MTTR).
Bezpečnostní komponenty a Zero-Trust model
- Perimetr a segmentace: NGFW, IDS/IPS, DDoS ochrana (volumetrická i aplikační), macro/micro-segmentation (VRF, EVPN, ACL, SG).
- Identita a AAA: RADIUS/Diameter, SIM/USIM (AKA), OAuth2/OpenID, PKI, certifikace pro SBA/IMS a mTLS v service mesh.
- DNS/DNSSEC a DoH/DoT: ochrana rezoluce, sinkhole, RPZ; CGNAT/FW/NAT64/DNS64 pro adresní překlady.
- Monitorování integrity: SBOM, supply-chain bezpečnost, záplatování, EDR/XDR pro virtualizované funkce a hosty.
Synchronizace času a frekvence
Pro TDD, fronthaul a přesný timing v RAN i transportu je nutná primární časová reference (PRTC), PTP (IEEE 1588v2) s profily (G.8275.1/2), SyncE, zálohy přes GNSS i holdover oscilátory (OCXO/Rubidium). Narušení synchronizace vede k degradaci kapacity a rušení mezi buňkami.
Napájení, fyzická infrastruktura a environment
- Napájecí řetězec: AC/DC rozvody, usměrňovače, DC stringy (-48V), UPS (VRLA/Li-ion), generátory, PDU a měření spotřeby.
- Klimatizace a chlazení: free-cooling, in-row/immersion, řízení teplotních zón a energetické účinnosti (PUE).
- Lokality: RAN stožáry, rooftopy, street cabinets, CO/PoP a edge uzly; fyzické zabezpečení, požární ochrana.
Signaling, řízení a síťové protokoly
Hlavní protokoly zahrnují SIP (hlas/IMS), Diameter (AAA/policy), HTTP/2 (SBA), NETCONF/gNMI (konfigurace), SNMP (telemetrie), TWAMP/Y.1731 (aktivní měření). V core se pro peering používá BGP (včetně route-reflectorů, communities a RTBH pro mitigation).
CDN, cache a aplikační akcelerace
Pro efektivní doručování obsahu se nasazují CDN uzly (včetně OTT cache), HTTP/2/3 (QUIC), adaptivní streaming (HLS/DASH) a edge funkce (transkódování, TLS terminace). Integrace s DNS anycast a georoutingem minimalizuje latenci a maximalizuje QoE.
OSS/BSS: provozní a obchodní systémy
- OSS: inventář (síťová topologie, porty, trasy), provisioning, fault management (FM), performance management (PM), trouble ticketing.
- BSS: CRM, billing (post-/pre-paid), rating/charging (OCS/OFCS), partner settlement, produktový katalog a objednávkové toky.
- Service Assurance: korrelace událostí, AIOps, root-cause analýza, uzavřené regulační smyčky (closed-loop) pro self-healing.
Monitoring, telemetrie a měření
Kombinují se streaming telemetry, flow metriky (IPFIX/NetFlow), aktivní sondy (TWAMP), syntetické testy a pasivní snímání. Dashboardy (Grafana), alerting (thresholdy, anomálie), SLO/SLA kontrola a kapacitní plánování (trendování, predikce) jsou nezbytné pro stabilní provoz.
Network Slicing a segmentace služeb
Řezy sítě v 5G a segmentace v IP/MPLS (VRF, EVPN, SR Policy) umožňují provozovat izolované domény se specifickou politikou QoS, bezpečnosti a směrování. Orchestrátor vytváří E2E slice napříč RAN, transportem, core a aplikacemi, s měřitelnými KPI a dynamickým rozšiřováním kapacity.
Peering, tranzit a internetová výměna
Propojování sítí probíhá přes IXP (Internet Exchange Points) a privátní peeringy. Správa BGP politik (MED, LocalPref, communities), route-filters (RPKI/ROA, IRR) a ochrana proti útokům (BGP max-prefix, prefix-limit, RTBH) zajišťují stabilitu a bezpečnost konektivity.
Satellitní a mikrovlnný backhaul
V odlehlých oblastech nebo jako záloha se používá mikrovlnný backhaul (hojně ve spektru 6–80 GHz, XPIC, adaptive modulation) a satellitní spoje (GEO/LEO) s optimalizací latence (spoje s nízkou oběžnou dráhou, TCP akcelerace) a QoS pro kritické služby.
Automatizace sítě a API ekonomika
Programovatelná síť využívá API (NEF/ParlayX/TM Forum Open APIs), aby partneři mohli řídit QoS, geofencing, billing a analytiku. Intent-based rozhraní překládají obchodní cíle na technické konfigurace; CI/CD pipelines zajišťují rychlé a bezpečné změny v produkci.
Energetická účinnost a udržitelnost
- Power Saving v RAN (BS spánek, vypínání nosných, dynamické řízení výkonu), adaptivní chlazení a rekuperace tepla v PoP.
- Virtualizace a konsolidace: lepší vytížení serverů, migrace workloadů dle ceny energie a uhlíkové stopy.
- Monitoring spotřeby: měření na úrovni racku/zařízení, KPI pro energetickou efektivitu a ESG reporting.
Testování, kvalifikace a interoperabilita
Před uvedením do provozu se provádí lab a field testy: BERT pro optiku, RFC 2544/Y.1564 pro ethernet, call-modely pro IMS, PIT/SIT/UAT pro OSS/BSS, plugfests pro O-RAN a 3GPP interoperabilitu. Automatizované smoke testy před každým releasem s rollback scénáři minimalizují riziko výpadků.
Regulační a normativní rámec
Provozovatelé musí dodržovat regulace (příděl spektra, nouzové volání, zákonná odposlechovost, ochrana osobních údajů), technické normy (ETSI, 3GPP, ITU-T, MEF, IETF) a požadavky kybernetické bezpečnosti. Compliance je součástí návrhu architektury i provozních procesů.
Privátní a kampusové sítě
Podniky nasazují privátní LTE/5G v lokálních pásmech, často s lokálním UPF/IMS/MEC a integrací do OT/IT. Klíčové jsou deterministické latence, přesná synchronizace a segmentace pro bezpečnost provozu výrobních technologií.
Budoucí trendy: disaggregace, 5G-Advanced a směrem k 6G
Pokračuje rozpad monolitických řešení na best-of-breed komponenty (whiteboxy, open NOS, O-RAN), rozšířený SRv6, AI-native řízení provozu, přesná lokalizace v síti, network programmability pro třetí strany a hlubší integrace bezpečnosti (zero-trust by design). 5G-Advanced přináší efektivnější MIMO, pokročilejší sidelink a lepší energetiku; výzkum 6G cílí na konvergenci komunikace, lokalizace a sensing.
Závěr: architektura jako konkurenční výhoda
Moderní telekomunikační síť je modulární, programovatelná a řízená daty. Úspěch stojí na správném návrhu vrstev – od vlákna přes IP/MPLS, RAN a jádra až po cloud a OSS/BSS – a na schopnosti rychle zavádět změny bezpečně a predikovatelně. Investice do automatizace, telemetrie a otevřených rozhraní se přímo promítají do spolehlivosti, nákladové efektivity a možnosti uvádět nové služby s garantovanou kvalitou.
