close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Roslyakov Seti svyazi uchebnoe posobie 2017

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра автоматической электросвязи
А.В. РОСЛЯКОВ
СЕТИ СВЯЗИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ»
По направлению подготовки
11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии
и системы связи»
1831
Голос
1876 1950 1960
1970
1990
1980
Телефон
IN
Сотовые
сети
2,5G
X.25
Телеграф
Эфирное
ТВ
ISDN
Интернет
Кабельное ТВ
Интер
нет
Спутниковое ТВ
Самара
2017
2010
2015
VoIP
2G
Данные
Видео
2000
IPTV
Сотовые NGN
сети
3G
Сотовые
4G/
LTE
FN
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра автоматической электросвязи
А.В. РОСЛЯКОВ
СЕТИ СВЯЗИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ»
По направлению подготовки
11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии
и системы связи»
1831
Голос
1876 1950 1960
1970
1990
1980
Телефон
IN
Сотовые
сети
2,5G
X.25
Телеграф
Эфирное
ТВ
ISDN
Интернет
Кабельное ТВ
Интер
нет
Спутниковое ТВ
Самара - 2017
1
2010
2015
VoIP
2G
Данные
Видео
2000
IPTV
Сотовые NGN
сети
3G
Сотовые
4G/
LTE
FN
УДК 621.391
ББК
Р75
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ, протокол № 2 от 10.10.2017 г.
Рецензенты:
Зав. кафедрой систем связи ФГБОУ ВО ПГУТИ, д.т.н.,
профессор Васин Н.Н.
Начальник участка систем коммутации станционного цеха
Самарского филиала ПАО «Ростелеком» Елин В.А.
Р75
Росляков, А.В.
Сети связи: учеб. пособие по дисциплине «Сети связи
и системы коммутации». – Самара: ФГБОУ ВО ПГУТИ,
2017. – 166 с.
Учебное пособие содержит материал по второй части специальной учебной дисциплины «Сети связи и системы коммутации», читаемой для бакалавров дневного и заочного отделений
по направлению подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные
технологии и системы связи». В пособии рассматриваются базовые принципы построения и функционирования сетей электросвязи. Основное внимание уделено телефонным сетям, сетям
доступа, сетям ОКС№7, рассмотрены также перспективные сети
NGN, IMS, будущие сети (Future Networks) и Интернет вещей.
© ФГБОУ ВО ПГУТИ, 2017
© Росляков А.В., 2017
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................... 4
1 ЭВОЛЮЦИЯ СЕТЕЙ И СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ................ 5
2 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И СИСТЕМА НУМЕРАЦИИ
ТЕЛЕФОННЫХ СЕТЕЙ НА ЕСЭ РФ .......................................... 22
3 СЕТИ ДОСТУПА ........................................................................ 35
4 ОБЩЕКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ ОКС№7
……………………………………………………………………..49
5 ПОДСИСТЕМА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ISUP ................................ 62
6 СЕТИ СВЯЗИ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ NGN ............. 72
7 ПРОТОКОЛЫ СЕТЕЙ NGN....................................................... 84
8 ПРОТОКОЛ УСТАНОВЛЕНИЯ СЕАНСА SIP ...................... 102
9 ЗАПРОСЫ И ОТВЕТЫ ПРОТОКОЛА SIP. СЦЕНАРИИ
СОЕДИНЕНИЙ ............................................................................ 115
10 ПОДСИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ
СООБЩЕНИЙ IMS ...................................................................... 130
11 ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ. БУДУЩИЕ СЕТИ .............................. 143
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .......................................................... 159
ЛИТЕРАТУРА .............................................................................. 165
3
ВВЕДЕНИЕ
Создающаяся сегодня глобальная информационная инфраструктура (ГИИ), включающая мобильную связь, Интернет и
новые инфокоммуникационные услуги, оказывает огромное
влияние на элементы традиционных сетей связи. В настоящее
время происходит переход к пакетной коммутации и мультисервисным сетям следующего поколения NGN (Next Generation
Networks), вытесняя традиционную телефонию.
Все это требует знаний и умений по эксплуатации современных сетей связи, которые рассматриваются во второй части
специальной дисциплины «Сети связи и системы коммутации»
(СС и СК) государственного образовательного стандарта по
направлению подготовки бакалавров 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
Цель и задачи второй части учебного курса СС и СК:
1) получение знаний по построению и архитектуре современных сетей связи, используемым сетевым технологиям и
протоколам, перспективам их развития;
2) получение практических навыков по расчетам характеристик и проектированию сетей связи следующего поколения.
Вторая часть учебного курса СС и СК базируется, прежде
всего, на знаниях и умениях, полученных студентами в специальных дисциплинах («Сети связи и системы коммутации»
часть 1, «Теория телетрафика», «Цифровые системы передачи»),
а также в общепрофессиональных дисциплинах («Основы построения телекоммуникационных систем и сетей», «Вычислительная техника и информационные технологии»).
4
1 ЭВОЛЮЦИЯ СЕТЕЙ И СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Цель раздела: знакомство с основными этапами исторического
развития сетей и технологий электросвязи для передачи голоса,
видео и данных.
1.2 Определение сети связи
Связь - передача информации на расстояние.
Электросвязь (проводная и радио) – передача информации
с помощью сигналов в виде электронов в определенной среде
передачи (проводной или беспроводной).
Cреда передачи — физическая субстанция, по которой
происходит передача сигналов, использующихся для переноса
той или иной информации. Среда передачи может быть естественной (эфир) или искусственной (кабель связи).
Сеть (электро)связи – это совокупность аппаратных и
программных средств, предназначенных для приема, обработки
и передачи информации конечных пользователей.
Примечание: далее будет использоваться термин сеть связи, под которым будет пониматься сеть электросвязи (хотя это и
не совсем верно, так как есть сеть почтовой связи).
Официальное определение: «Сеть связи - технологическая
система, включающая в себя средства связи и линии связи и
предназначенная для электрической связи» (Федеральный закон
РФ «О связи», статья 2, пункт 24)
В сетях электросвязи в настоящее время используются 3
среды передачи (по выражению Б.С. Гольдштейна – 3 составных
части электросвязи):
1) медный (металлический) кабель – сигнал передается в
виде электрического тока, чаще всего переменного;
2) радиоэфир – сигнал в виде электромагнитной волны;
3) оптоволоконный кабель – сигнал в виде оптической
(световой) волны.
5
1.2 Типы сетей связи
Для передачи информации между двумя пользователями
(абонентами) необходимо передать сигнал определенного вида
через среду передачи (рис. 1.1).
Среда передачи
Сигнал
Один канал для
пары абонентов
Абонент А Терминал
Терминал Абонент Б
Рис. 1.1. Простейшая схема сети связи
Недостаток простейшей схемы сети – возможность связи только двух пользователей через одну среду передачи.
Для преодоления этого недостатка были созданы системы
передачи (системы уплотнения), разделяющие общий ресурс
среды передачи (частоту, время и др.) между несколькими пользователями. Это так называемые некоммутируемые уплотненные сети связи (рис. 1.2).
Число каналов = числу
возможных пар абонентов
Среда
передачи
Сигналы разных
пользователей
Абоненты Терминалы
Система
передачи
Система
передачи
Терминалы Абоненты
Рис. 1.2. Схема некоммутируемой сети связи
Недостаток схемы – для возможности связи между любой парой пользователей необходимо создать большое число
каналов связи в среде передаче. Для N пользователей число необходимых каналов определяется формулой N(N–1)/2. Например, даже для N =100 необходимое число каналов равно 4500.
6
Для преодоления этого недостатка были созданы системы
коммутации, которые позволяют использовать ресурсы среды
передачи для коммуникаций двух пользователей только в течение сеанса связи. В остальное время этот ресурс может быть использован другими пользователями. Такие сети называют коммутируемыми (рис. 1.3).
Система
коммутации
Число каналов <<
числа абонентов
Среда
передачи
Система
коммутации
Сигналы разных
пользователей
Система
Система
передачи
передачи
Абоненты Терминалы
Терминалы Абоненты
Рис. 1.3. Схема коммутируемой сети связи
Преимущество – значительное сокращение требуемых ресурсов среды передачи для организации связи большого числа
пользователей.
Недостаток – возможны ситуации, когда нет свободных
ресурсов среды передачи (каналов), что приводит к потерям вызовов. Поэтому пропускную способность системы коммутации
рассчитывают с учетом возможного числа запросов со стороны
пользователей, однако при этом допускают некоторую вероятность отказов в обслуживании (например, вероятность отказа в
установлении телефонного соединения в пределах города по
нормам проектирования равна 0,5%) .
В настоящее время используются в основном коммутируемые сети связи (с канальной и пакетной коммутацией), некоммутируемые связи используются для организации транспортных
(первичных) сетей операторов связи или при предоставлении
услуги аренды каналов связи для крупных корпоративных пользователей.
Можно выделить три базовых компонента сети связи, которые всегда необходимы для реализации основной функции
сети – передачи информации между пользователями:
7
Сеть связи = Среды передачи + Системы передачи +
Системы коммутации
Это некоторая условная «формула сети связи».
Следует помнить, что кроме трех главных элементов, указанных в данной формуле, в сетях связи имеются и другие (не
менее важные!) компоненты: оконечное терминальное оборудование, система электропитания, система сетевой сигнализации, система тактовой сетевой синхронизации, система микроклимата и др. Но это всё же вспомогательные или обслуживающие системы, которые не определяют тип сети связи.
1.3 Эволюция сетей и технологий связи
Имеются всего три вида информации для передачи в сети
электросвязи: голос, данные и видео (по выражению Б.С. Гольдштейна – «три источника электросвязи»). В настоящее время
совокупность этих трех видов связи часто называют Triple Play
(дословно с англ. – «тройная игра»), а с добавлением еще и мобильной связи – Quadro Play («четверная игра»). Для передачи
информации определенного вида человечество создало соответствующие сети электросвязи на базе соответствующих технологий, эволюция которых показана на рис. 1.4.
1831 1876
Голос
1950 1960
1970
1990
1980
Телефон
IN
Сотовые
сети
2,5G
X.25
Телеграф
Эфирное
ТВ
ISDN
Интернет
Кабельное ТВ
2010
Интер
нет
Спутниковое ТВ
Сотовые NGN
сети
3G
IPTV
Рис 1.4 – Эволюция сетей и технологий связи
8
2015
VoIP
2G
Данные
Видео
2000
Сотовые
4G/
LTE
FN
Первая в мире сеть электросвязи (первая половина XIX
века) – телеграфная, предназначена для передачи данных (текста). Телеграфные сети изначально были с канальной коммутацией, а позже – и с коммутацией сообщений.
В начале XX века возникли телефонные сети – для передачи только речи (в конце XX века ее стали пользовать и для
передачи данных при помощи модемной связи). В телефонных
сетях используется только канальная коммутация сигналов.
Для передачи видеоизображений с середины XX века используются сети эфирного телевизионного вещания. Это, как
правило, некоммутируемые сети с односторонней передачей.
В 60-е годы XX века для передачи данных были созданы
первые сети с пакетной коммутацией на базе протокола Х.25,
которые обладали низкой скоростью передачи (несколько
Кбит/с), но они могли работать даже по низкокачественным
аналоговым каналам тональной частоты (ТЧ).
Все эти первые сети связи были рассчитаны на передачу
информации только одного вида (голоса, данных или видео),
поэтому их можно называть моносервисными (с одной услугой).
В 70-х годах ХХ века впервые была разработана концепция мультисервисной сети - цифровая сеть с интеграцией
служб ISDN (Integrated Service Digital Network), которая обеспечивала возможность передавать одновременно голос, видео и
данные через один доступ (правда видео не очень высокого качества из-за ограниченной полосы пропускания – максимум 2
Мбит/с). Однако не востребованность этих услуг населением
привела на практике к полному отказу от сетей ISDN.
Интеллектуальные сети IN (Intelligent Network) в 80-х года 20 века позволили расширить традиционные возможности
телефонных сетей за счет предоставления дополнительных
услуг (разговор по предоплаченной или кредитной карте, бесплатный вызов 800, телеголосование и др.) с помощью набора
дополнительных цифр тональным способом DTMF для получения этих услуг.
Первые два поколения сотовых сетей 1 и 2G (например,
сети стандартов NMT и GSM) обеспечивали передачу только
голосовых сообщений. Позже в сети GSM появилась возмож-
9
ность передачи коротких сообщений SMS, а далее – и мультимедийных (голос+видео) сообщений MMS (так называемые
стандарты 2,5G).
Первоначально сеть Интернет, созданная в начале 90-х
годов 20 века, была предназначена только для передачи данных
(текстовой и графической информации). В дальнейшем она стала также мультисервисной (данные+видео+голос).
Сети IP-телефонии (частный случай – Интернеттелефонии) для передачи голоса по пакетным сетям на базе протокола IP используют технологию VoIP (Voice over IP).
Для передачи телевизионных программ кроме эфирного
вещания широко используются сети кабельного (чаще всего на
базе коаксиального кабеля) и спутникового телевидения (непосредственный прием). Для передачи телевизионных программ
по пакетным сетям на базе протокола IP используется технология IPTV. Возможна также передача видео (записанное ТВ или
фильмы) по запросам VoD (Video-on-Demand).
Модернизированные сети подвижной связи 2-го поколения (2,5G) имели более высокие скорости передачи данных
(например, сеть GSM+GPRS, GSM+EDGE). Цифровые сотовые
сети 3-го поколения 3G (например, UMTS, CDMA) являются
полностью мультисервисными – могут передавать видео, данные и голос с большой скоростью. Еще более высокие скорости
передачи – до 100 Мбит/с и больше (и соответственно более высокое качество услуг видео и передачи данных) обеспечивают
сотовые сети следующего поколения 4G – сети долговременной
эволюции LTE (Long Term Evolution), а в перспективе и сети пятого поколения 5G, в которых скорость передачи данных планируется довести до 1 Гбит/с с использованием технологий множественных передачи/приема MIMO.
В настоящее время уже построены мультисервисные сети
следующего поколения NGN (Next Generation Network), к которым будут мигрировать все существующие сети. Эти сети
предоставляют пакет услуг Triple Play по передаче голоса, видео
и данных по единой пакетной транспортной сети. В перспективе
(после 2015-2020 гг.) планируется переход к будущим сетям FN
(Future Networks) для предоставления услуг, которые трудно или
10
даже невозможно реализовать в рамках сетей NGN (например,
контентная или контекстная передача информации в сети).
1.4 История развития сетей связи в СССР/России
Для построения национальных сетей связи каждая национальная Администрация связи принимает свою программу (концепцию). Хронология принятия программ построения сетей связи в СССР/России показана на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Хронология принятия программ построения сетей связи
в СССР/России
В 60-е г.г. ХХ века в СССР была принята программа построения Единой Автоматизированной Сети Связи (ЕАСС).
Используя условную формулу сети связи, рассмотренную выше, можно записать (учитывая уровень развития техники и технологий в тот период) следующую условную формулу ЕАСС:
ЕАСС = {МК, РЭ, ВЛС} + {АСП с ЧРК} + {АСК}
где МК – медные кабели;
РЭ – радиоэфир;
ВЛС – воздушные линии связи;
АСП – аналоговые системы передачи;
ЧРК – частотное разделение каналов;
АСК – аналоговые системы коммутации (например, декадно-шаговые
и координатные АТС для телефонной связи).
Схема организации телефонной связи на ЕАСС приведена
на рис. 1.6. Для передачи дискретных сообщений на ЕАСС также использовался канал ТЧ (например, тональный телеграф, а
11
позже – модемная связь). Вывод: ЕАСС – аналоговая сеть связи
с частотным разделением каналов и коммутацией каналов.
АСК
ТА
ААЛ
Аналоговый
сигнал
АСП
Групповой
высокочастотный
тракт
Канал ТЧ
АСК
ААЛ
ААЛ
АСП
Канал ТЧ
Аналоговый
сигнал
Рис. 1.6 Схема организации телефонной связи на ЕАСС
(ТА – телефонный аппарат, ААЛ – аналоговая абонентская линия, АСК – аналоговая система коммутации, АСП – аналоговая система передачи, ТЧ – тональные частоты в диапазоне 0,3-3,4 кГц)
В 1993 г. в России была принята новая программа построения сети связи – Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ), рассчитанная на период до 2005 года.
Условная формула применительно к ВСС РФ имеет вид:
ВСС РФ = {МК, РЭ, ВОЛС} + {ЦСП с ВРК} + {ЦСК}
где ВОЛС – волоконно-оптические линии связи;
ЦСП – цифровые системы передачи (например, плезиохронной PDH
или синхронной SDH цифровых иерархий);
ВРК – временное разделение (мультиплексирование) каналов (TDM);
ЦСК – цифровые системы коммутации.
Основное отличие ВСС РФ от ЕАСС – это построение
цифровой сети связи для передачи любого вида информации
(голоса, данных, видео) в цифровой виде, но с коммутацией каналов. Схема организации аналоговой и цифровой телефонной
связи на ВСС РФ приведена на рис. 1.7.
12
ЦАЛ
Цифровой
сигнал
ЦСК
ЦТА
ААЛ
АЦП
Цифровой
сигнал ЦАЛ
ЦСК
Групповой
цифровой
тракт (Е1, Е3,
STM-N)
ЦСП
ЦСП
АЦП
ЦТА
ААЛ
АТА
АТА
Аналоговый
сигнал
ОЦК в составе Е1
ОЦК в составе Е1
Аналоговый
сигнал
Рис. 1.7 Схема организации телефонной связи на ВСС РФ
(ЦТА – цифровой телефонный аппарат, ЦАЛ – цифровая абонентская линия,
ОЦК – основной цифровой канал 64 кбит/с, АЦП – аналого-цифровой преобразователь)
В 2005 году юридически закончился срок действия программы ВСС РФ, но документ по построению новой сети связи
не был создан (хотя в мире уже в 2000 году определились с новым направлением развития сетей связи – сети следующего поколения NGN). В 2004 году был принят Федеральный закон «О
связи», в котором использован новый термин – Единая сеть
электросвязи РФ (ЕСЭ РФ). Фактически новой программы построения ЕСЭ РФ нет! Есть только отдельные публикации в
журналах по архитектуре ЕСЭ РФ. Условная формула для ЕСЭ
РФ практически не отличается от ВСС:
ЕСЭ РФ = {МК, РЭ, ВОЛС} + {ЦСП} + {ЦСК с КК/КП}
где КК - коммутация каналов;
КП - коммутация пакетов.
Примечание: в ЦСП на базе ВОЛС используется также частотное разделение каналов с мультиплексированием по длине
волны (спектральное уплотнение) хWDM (Wave Division Multiplexing) , где х=D – плотное DWDM, х=С – грубое CWDM.
Основное отличие ЕСЭ от ВСС - это развитие цифровой
сети связи для передачи любого вида информации (голоса, данных, видео) в цифровой виде, но с коммутацией каналов и пакетов. В перспективе ЕСЭ РФ должна быть в виде NGN (Next
Generation Network), в которой основными способами передачи
и коммутации являются пакетные технологии.
13
1.5 Принципы построения ЕСЭ РФ
Сети, входящие в состав ЕСЭ РФ, можно классифицировать по следующим критериям (рис. 1.8):
1. По категориям:
- сети общего пользования - предоставляют услуги без
ограничения любым пользователям;
- сети ограниченного пользования:
 технологические сети (в ВСС РФ назывались ведомственными);
 сети специального назначения (для управления, нужд
обороны, охраны);
 выделенные сети связи (не имеют выхода на сеть общего пользования, в ВСС РФ не входили).
Классификация сетей связи, входящих в ЕСЭ РФ
Сети
общего
пользования
Технологические сети
Выделенные
сети
Транспортные
сети
Сети доступа
По функциональному признаку
Первичные
сети
Сети
фиксированной
связи
Местные сети
Вторичные
сети
Сети
подвижной
связи
Зоновые
(внутризоновые)
сети
По способам
По типу
организации абонентских
каналов
терминалов
Междугородные
(магистральные)
сети
Сети
специального
назначения
Международные сети
По территориальному
делению
По категориям
Рис. 1.8 – Классификация сетей связи, входящих в ЕСЭ РФ
2. По функциональным признакам (в соответствии с концепцией NGN):
- транспортные сети;
14
- сети доступа.
3. По способу организации каналов:
- первичные сети;
- вторичные сети.
4. По типу присоединяемых абонентских терминалов:
- сети фиксированной связи;
- сети подвижной связи.
5. По территориальному делению:
- международные сети;
- междугородные (магистральные) сети;
- зоновые (региональные, внутризоновые);
- местные сети (городские, сельские).
В техническом плане функционирование ЕСЭ РФ базируется на принципах и структурах, в соответствии с которыми вся
сеть связи страны подразделяется на две взаимосвязанные составляющие: первичную сеть и вторичную сеть.
Первичная сеть - это совокупность всех каналов без подразделения их по назначению и видам связи. В состав ее входят
линии связи (медные кабели или ВОЛС) и каналообразующая
аппаратура (чаще всего SDH, а также PDH).
Вторичная сеть состоит из каналов одного назначения
(телефонных, телеграфных, вещания, передачи данных, телевидения и др.), образуемых на базе первичной сети. Вторичная
сеть включает коммутационные узлы, оконечные пункты и каналы, выделенные на первичной сети.
Помимо принятого разделения сетей ЕСЭ на первичные и
вторичные возможно другое двухуровневое разделение, по
функциональному назначению: на транспортную сеть и сеть доступа (рис. 1.9).
Транспортная сеть связи обеспечивает передачу информации в едином виде и состоит из междугородной (магистральной) и зоновых (региональных) сетей связи. Транспортная сеть
предназначена для передачи высокоскоростных (широкополосных) потоков сообщения и их накопления.
15
Рис. 1.9. Разделение сетей по функциональному назначению
Сеть доступа обеспечивает унифицированное подключение различных терминалов к единой транспортной сети и состоит из абонентских линий (на металлических или оптических кабелях или радиоканалах) с подключенными к ним абонентскими
оконечными устройствами и узлов доступа (местных станций
коммутаций).
По территориальному признаку и назначению первичные
и вторичные сети подразделяются на магистральную (междугородную - для вторичных сетей), внутризоновые (зоновые) и
местные сети, а также международные сети.
Магистральные сети связи - технологически сопряженные междугородные сети электросвязи, образуемые между
Москвой и центрами субъектов Российской Федерации, а также
центрами субъектов РФ между собой.
Зоновые (региональные) сети связи - технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые в пределах территории или части территории одного субъекта РФ.
Местные сети связи - технологически сопряженные сети
электросвязи, образуемые в пределах административной или
определенной по иному принципу территорий, не относящиеся
к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на
городские и сельские.
Магистральные, внутризоновые и часть местных цифровых наложенных первичных сетей являются основой транспортной цифровой сети связи России. Местные и первичные сети на
16
участке «местный узел - оконечное устройство» в соответствии
с новой терминологией являются сетями доступа (рис. 1.10).
Транспортная сеть
Местная сеть
Сеть доступа
Зоновая сеть
Местная сеть
Зоновая сеть
Местная сеть
Местная сеть
Местная сеть
Зоновая сеть
Местная сеть
Междугородная (магистральная) сеть
Рис. 1.10 – Транспортная сеть и сети доступа на ЕСЭ РФ
Структура первичной сети учитывает административное
разделение территории страны. Вся территория России поделена
на зоны, совпадающие, как правило (но не всегда), с территорией областей, краев, а иногда – республик (рис. 1.11).
Зона
2
Внутризоновая
первичная сеть
Междугородная
первичная сеть
Зона 1
Местная первичная сеть
Рис. 1.11 – Первичные сети на ЕСЭ РФ
17
Служба электросвязи представляет собой организационно-техническую структуру на базе сети связи (или совокупности
сетей связи), обеспечивающую обслуживание связью пользователей с целью удовлетворения их потребностей в определенном
наборе услуг электросвязи. Различают три вида служб электросвязи: службы речевого обмена, службы документальной электросвязи и службы мультимедиа. Классификация служб электросвязи представлена на рисунке 1.12.
Традиционные сети связи (телефонные сети общего пользования ТфОП, сети передачи данных СПД) характеризуются
узкой специализацией. Для каждого вида связи существует отдельная сеть, которая требует технического обслуживания, при
этом свободные ресурсы одной сети не могут использоваться
другой сетью. Такие сети являются моносервисными.
Мультисервисная сеть позволяет отказаться от многочисленных наложенных вторичных сетей, обеспечить внедрение
новых услуг с различным требованием к объему передаваемой
информации и качеству её передачи. Мультисервисная сеть образует единую информационно-телекоммуникационную структуру, которая поддерживает все виды трафика (данные, голос,
видео) и предоставляет все виды услуг (традиционные и новые,
базовые и дополнительные) в любой точке, в любое время, в
любом наборе и объеме.
Службы электросвязи
Службы
речевого обмена
Службы
«телефон»
Службы
документальной
электросвязи
Службы
передачи
данных
Службы
«телеграф»
Службы
мультимедиа
Телематические
службы
Рис. 1.12 – Службы электросвязи
18
К базовым услугам мультисервисной сети относятся традиционные услуги передачи и доступа:
 передача традиционного телефонного трафика;
 передача трафика данных Интернет;
 передача трафика данных корпоративной сети;
 передача трафика мобильных сетей;
 доступ в сеть Интернет;
 доступ к сетям передачи данных.
К дополнительным услугам относятся следующие:
 передача голосового трафика IP-телефонии;
 передача видеотрафика для организации видеоконференций;
 организация виртуальной частной сети VPN;
 услуги по обеспечению гарантированного уровня обслуживания.
Выводы по разделу 1
1. Условная «формула сети связи» включает три главных компонента: среды передачи, системы передачи и системы коммутации, хотя в нее входят и другие компоненты (оконечные терминалы, системы электропитания, синхронизации,
техэксплуатации и др.).
2. Имеется всего три вида информации для передачи в сети
электросвязи: голос, данные и видео.
3. Все старые сети связи были моносервисные (передавали
только один вид информации), в последние годы стали создаваться мультисервисные проводные и мобильные сети, а
в перспективе будет создана единая мультисервисная сеть
нового поколения.
4. ЕАСС была аналоговой сетью связи с частотным разделением каналов и коммутацией каналов.
19
5. ВСС РФ – цифровая сеть связи для предоставления различных видов услуг в основном с коммутацией каналов и временным разделением каналов TDM.
6. ЕСЭ РФ – мультисервисная сеть связи с переходом в перспективе к пакетным технологиям передачи и коммутации
на базе концепции сетей следующего поколения NGN.
Вопросы для самопроверки по разделу 1
1. Приведите примеры характерных свойств сети связи как системы.
2. Приведите условную формулу сети связи. Поясните назначение основных и дополнительных ее компонентов.
3. Укажите достоинства и недостатки коммутируемых и некоммутируемых сетей связи.
4. Определите необходимое число некоммутируемых каналов,
которое потребовалось бы для организации связи абонентов
по принципу «каждый с каждым» для телефонной сети России, емкость которой составляет 40 млн. абонентов.
5. Поясните, как проходила эволюция проводных и беспроводных сетей связи.
6. Перечислите три источника и три составных части электросвязи.
7. Сравните достоинства и недостатки моносервисных и мультисервисных сетей.
8. В чем отличие разных поколений сетей подвижной связи?
9. Поясните, какие перспективы имеются у различных сетей
связи.
10. Когда и какие программы построения сетей связи были приняты в СССР/России? В чем их принципиальное отличие
между собой?
11. Изобразите схему передачи телеграфных сообщений в сети
ЕАСС.
12. Изобразите возможную схему модемной связи двух компьютеров в сети ВСС РФ.
20
13. Приведите возможную схему связи двух мультимедийных
терминалов в сети ЕСЭ РФ в настоящее время и в перспективе.
14. Перечислите основные признаки классификации сетей связи
на ЕСЭ РФ.
15. В чем разница деления сетей на первичные и вторичные от
деления на транспортные сети и сети доступа?
16. Какие сети на ЕСЭ РФ организуются в пределах территории
одного или нескольких субъектов РФ и как они соединяются
между собой?
17. Абонент сельской телефонной сети ЕСЭ РФ позвонил в зарубежную страну. Через какие сети пройдет данное телефонное соединение?
18. Что такое службы электросвязи и на какие виды они делятся?
19. Могут ли предоставляться дополнительные услуги в мультимедийных сетях без базовых услуг и почему?
21
2 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И СИСТЕМА
НУМЕРАЦИИ ТЕЛЕФОННЫХ СЕТЕЙ НА ЕСЭ РФ
Цель раздела: изучение общих принципов построения и системы нумерации телефонных сетей связи, входящих в ЕСЭ РФ.
2.1 Архитектура телефонной сети РФ
По территориальному признаку все сети электросвязи делятся на 2 уровней:
1 уровень – международные сети связи (соответствующего типа: телефонная, сотовая, телеграфная, передачи данных и
т.д.), связывающие сети нескольких государств. Эта сеть строится транснациональными операторами связи и национальными
администрациями связи для взаимодействия, как правило, с соседними государствами.
2 уровень - национальные сети связи (соответствующего
типа: телефонные, сотовые и др.)) – строятся на территории отдельного государства, обеспечивают связь внутри страны и выход на международную сеть. В зависимости от величины территории государства национальные сети, в свою очередь, могут
иметь несколько уровней. Чаще всего это 2-3 уровня, реже один уровень (малые государства).
В России национальная телефонная сеть связи является 3х уровневой (рис. 2.1):
1 уровень - междугородная телефонная сеть – эта сеть
предназначена для пропуска транзитной нагрузки, создаваемой
на более низких уровнях (втором и третьем) и связывает все 89
субъектов Российской Федерации.
2 уровень – зоновые (внутризоновые) телефонные сети.
Данные сети организуются в пределах одной географической
зоны семизначной нумерации, имеющей зоновый транзитный
узел (ЗТУ) с выделенным географическим кодом АВС. Как правило, зона семизначной нумерации территориально совпадает с
территорией области, края или республики (есть и исключения,
например, гг. Москва (АВС=495), Сочи (АВС=862), Тольятти
(АВС=848) имеют выделенные коды АВС, хотя территориально
22
находятся в пределах Московской области (АВС=499), Краснодарского края (АВС=861) и Самарской области (АВС=846) соответственно со своим кодом АВС).
От/к ТМнУС других стран
ТМнУС
ТМнУС
Международная
сеть
ТМнУС
ТМнУС
ТМгУС
ТМгУС
Междугородная
сеть
ЗТУ
ЗТУ
ТМгУС
ОПС
Местная сеть
Рис. 2.1 междугородной
– Архитектурателефонной
ЕСЭ РФ сети ЕСЭ РФ
Рис. 3.1 - Структура
Примечание: Следует учитывать, что внутризоновая сеть –
это транзитная сеть для пропуска нагрузки, создаваемой на более низком уровне – на местных сетях. На внутризоновом
уровне практически отсутствуют узлы коммутации, используются только прямые (некоммутируемые) каналы и тракты.
3 уровень – местные телефонные сети, которые бывают
двух видов:
1) городские телефонные сети (ГТС) - строятся на территории городов и крупных населенных пунктов городского типа;
2) сельские телефонные сети (СТС) - строятся на территории сельских административных районов.
23
Местные сети предназначены для телефонной связи внутри данной сети, а также для выхода на внутризоновую сеть и
через нее – на междугородную и международную сети.
Примечания:
1. Разные местные телефонные сети даже в пределах одной междугородной зоны семизначной нумерации связываются
только через внутризоновую сеть (через ЗТУ).
2. ГТС может иметь прямой выход на междугородную
сеть (минуя зоновую сеть), если ЗТУ находится на территории
данного города.
Сотовые сети связи могут подключаться к проводным телефонным сетям на двух уровнях: на междугороднем и на местном. В настоящее время основным является подключение на
междугородном уровне через ЗТУ.
В зарубежных странах чаще всего используются двухуровневые национальные телефонные сети, как правило, с отсутствием внутризоновых сетей.
2.2 Принципы построения междугородной телефонной
сети
Верхний уровень телефонной сети связи общего пользования ТфОП на ЕСЭ РФ образует двухуровневая междугородная
сеть на базе двух типов узлах коммутации (см. рис. 2.1):
1) транзитные междугородные узлы коммутации
(ТМгУС) – узлы, используемые для транзита междугородной
нагрузки между отдельными зонами семизначной нумерации и
для выхода на международную сеть. На территории РФ установлено 7 ТМгУС, обслуживающих крупные регионы РФ
(Центр, Северо-Запад, Юг, Поволжье, Урал, Сибирь, Дальний
Восток). ТМгУС связаны между собой по принципу «каждый с
каждым».
Примечание: ранее ТМгУС назывались узлами автоматической коммутации - УАК, а ТМнУС – международными центрами коммутации МЦК и международными телефонными
станциями МНТС).
24
2) Зоновые транзитные узлы (ЗТУ) – оконечные узлы
междугородной сети и одновременно транзитные узлы одной
зоновой сети, на территории которой он расположен.
Примечание: ранее ЗТУ назывались автоматические
междугородные телефонные станции - АМТС.
В РФ около 100 ЗТУ (количество их определяется количеством зон семизначной нумерации). Они устанавливаются в административных центрах республик, областей, краев или в
крупных городах. ЗТУ связаны минимум с двумя ТМгУС, один
из которых находится в зоне данного ЗТУ, второй - соседний
(например, Самарский ЗТУ имеет выход на 4 ТМгУС в гг. Самара, Москва, Ростов, Екатеринбург). Связь между ЗТУ осуществляются только через ТМгУС. В качестве ЗТУ используются следующие цифровые системы коммутации: AXE-10, EWSD,
Alcatel 1000 S12, SI-2000. Связаны ТМгУС и ЗТУ между собой
междугородными цифровыми каналами с системой сигнализации ОКС №7 (национальная версия подсистемы ISUP-R-2000).
Для связи с телефонными сетями других стран используется национальный фрагмент международной сети. На этом
уровне используется транзитные международные узлы связи
(ТМнУС) (ранее назывались международными центрами коммутации МЦК и международными телефонными станциями
МНТС). В качестве таких узлов используются системы коммутации EWSD и AXE-10. ТМнУС размещены в ряде крупных городов, таких как Москва, Санкт-Петербург, Ростов, Самара,
Екатеринбург, Новосибирск, Хабаровск, Мурманск, Калиниград
и др. Для связи с международной сетью используется международные каналы, работающие по международным системам сигнализации, в основном ОКС №7 (международные спецификации
подсистемы ISUP), реже – система сигнализации №5. Выход на
международную сеть с ЗТУ осуществляется через ТМгУС или
напрямую, если ТМнУС располагается в том же городе.
25
2.3 Принципы построения городских телефонных сетей
Различают четыре типа аналоговых и аналого-цифровых
ГТС в зависимости от емкости:
1. Нерайонированная ГТС. Строится на базе одной станции. При использовании старых АТС до 10, а реально 8000 тысяч номеров. Пятизначная нумерация (рис. 2.2).
Рис. 2.2 Нерайонированная ГТС
2. Районированные ГТС. Территория города делится на отдельные районы, в которых устанавливается одна районная АТС
(РАТС), связанные по принципу «каждая с каждой» (рис. 2.3).
зсл/слм
к УСС
к ЗТУ
ОПС-2
сл
сл
зсл/слм
зсл/слм
сл
ОПС-3
ОПС-1
Рис. 2.3 – Районированная ГТС
26
2.ГТС с УВС (узел входящих сообщений). Вся сеть разбивается на узловые районы (УР). Таких узловых районов может
быть максимум 8 (каждый узловой район имеет номер, максимально стотысячные – десять станций на 10 000 номеров). В УР
размещается по одному узлу входящих сообщений (УВС), в который включаются входящие соединительные линии от всех
ОПС других районных узлов (рис. 2.4).
УСС
УР-3
УР-5
УВС-5
ОПС-51
УВС-3
ОПС-31
ОПС-59
РАТС-35
ОПС-53
ОПС-33
ЗТУ
Рис. 2.4 – ГТС с УВС
Нумерация шестизначная abxxxx
а – номер УВС
b – номер РАТС
теоретическая емкость 800 000 номеров
УВС – ступень II ГИ
4. ГТС с УВС и УИС. Вся территория города делится на
телефонные районы. Каждый район имеет трехзначный индекс,
в каждом телефонном районе устанавливается по два транзитных узла – входящих УВС и исходящих УИС сообщений (рис.
2.5).
При организации такой схемы большая концентрация
нагрузки, максимальная теоретическая емкость 8 млн. номеров.
Замечание: Все рассмотренные выше архитектуры построения ГТС относятся к аналоговым и аналого-цифровым сетям. В
полностью цифровых сетях данные примеры становятся не эф-
27
фективными, так как цифровые системы коммутации могут
поддерживать гибкий план нумерации, имеющиеся системы передачи (в основном SDH) обладают высокой емкостью и нет
большой необходимости в экономии числа СЛ, поэтому надобность в промежуточных узлах коммутации (УВС и УИС) отпадает. Лучше всего сделать прямую связь всех опорных станций
(ОПС) по принципу «каждая с каждой», но в крупных сетях
возможно применение также выделенных транзитных станций
(ТС) или комбинированных опорно-транзитных (ОПТС) для
связи между собой ОПС разных крупных телефонных районов.
Так, например, на Самарской ГТС используются 3 транзитных
узла (ОПТС), по одной в каждом «миллионном» районе (во 2ом, 3-ем и 9-ом) и станции разных районов связываются между
собой через эти узлы.
3-й телефонный
УВС-3
район
УИС-4
РАТС-415
РАТС-330
УИС-3
УВС-4
РАТС-437
4-й телефонный
район
РАТС-308
Рис. 2.5 – ГТС с УВС и УИС
2.4 Принципы построения сельских телефонных сетей
СТС строятся на территории сельского района, бывают
двух типов:
- радиальная структура
- радиально-узловая структура
28
Всегда на СТС в районом центре устанавливается одна
центральная станция (ЦС). Она обеспечивает выход на ЗТУ областного центра через зоновую сеть.
Радиальная структура СТС предполагает наличие кроме
ЦС (центральная станция), еще и оконечные станции (ОС) расположенные во всех населенных пунктах сельского района (рис.
2.6). Данная структура является наиболее перспективной и в качестве ОС могут использоваться выносные абонентские концентраторы от ЦС.
к ЗТУ
сл
ЦС
ОС
зсл/слм
сл
сл
ОС
ОС
Рис. 2.6 – Радиальная структура СТС
При радиально-узловом способе построения СТС в крупных населенных пунктах устанавливаются узловые станции
(УС), обеспечивающие транзитные соединения для оконечных
станций в более мелких сельских поселениях (рис. 2.7).
29
ЦС
сл
к ЗТУ
зсл/слм
сл
ОС
сл
ОС
УС
сл
сл
ОС
сл
сл
ОС
ОС
ОС
Рис. 2.7 – Радиально-узловая структура СТС
2.5 Система телефонной нумерации на ЕСЭ РФ
Телефонный план нумерации России – диапазоны телефонных номеров, выделяемых различным пользователям телефонной сети общего пользования в России, специальные номера и
другие особенности набора для совершения телефонных вызовов.
План набора номера – последовательность или комбинация десятичных цифр, индикаторов, символов и дополнительной информации, которые определяют метод использования
плана нумерации. План нумерации, план набора номера, порядок присвоения номера, перечень индикаторов, символов и дополнительной информации образуют систему нумерации.
Префикс — это десятичное число, состоящее из одной или
нескольких цифр, позволяющее выбрать различные форматы
номеров, сетей и/или служб. Префиксы разделяются на международные (для осуществления вызова, адресуемого вне сетей
связи Российской Федерации) Пмн, междугородние Пм (для
осуществления вызова на территории Российской Федерации
вне своей зоны нумерации) и местные (для осуществления вызова от абонента, входящего в группу абонентов, объединенных
отдельным планом нумерации, адресуемого вне этой группы).
30
Для выбора оператора сети при исходящей междугородной или
международной связи в национальной системе нумерации введено понятие префикс (код) оператора.
На ЕСЭ РФ в настоящее время применяются следующие
префиксы:
 международный префикс Пмн = 8–10;
 национальный (междугородный) префикс (Пн) = 8;
 местный префикс Пм — устанавливается оператором
связи, преимущественно применяются префиксы 0 и 9.
В перспективе до 2020 г. планируется введение Пмн=00 и
Пн=0.
Национальный план нумерации Российской Федерации
построен по зоновому принципу (рис. 2.8). Каждой зоне нумерации назначается свой трехзначный код. В плане нумерации
России введены понятия географических и негеографических
зон нумерации, а также коды выхода к спецслужбам. Географическая зона нумерации (ей присваивается код ABC) организуется на территории субъекта РФ (как правило, но не всегда). Негеографическая зона нумерации организуется на базе сотовой
сети или услуги интеллектуальной сети и ей присваивается код
DEF.
Рис.2.8 – Структура национального (значащего) телефонного
номера на ЕСЭ РФ
Для идентификации оконечных элементов телефонных сетей связи используются комбинации цифровых обозначений:
1) код страны (Кс) – от 1 до 3 десятичных знаков (Российская Федерация, Кс=7);
31
2) код зоны нумерации (ABC – для географически определяемой зоны нумерации, DEF – для географически не определяемой зоны нумерации) – 3 десятичных знака для Российской
Федерации:
3) зоновый телефонный номер (Х1Х2Х3Х4Х5Х6Х7) – 7 десятичных знаков.
Местный телефонный номер может включать от 3 до 7
десятичных знаков и совпадать по значности с зоновым телефонным номером или быть более коротким.
Последовательное обозначение кода страны, кода зоны
нумерации и зонового телефонного номера образует международный телефонный номер (Nмн). Максимальное число десятичных знаков в международном номере равно 15 без учета
международного префикса Пмн.
Последовательное обозначение кода зоны нумерации, зонового номера образует национальный (значащий) телефонный
номер Nнац. Максимальное число десятичных знаков в национальном (значащем) номере Российской Федерации равно 10.
В сетях фиксированной телефонной связи в Российской
Федерации используются два плана нумерации – открытый и
закрытый.
При закрытом плане нумерации телефонное соединение
любого вида (местное, внутризоновое, междугородное) устанавливается набором национального (значащего) номера. В Российской Федерации при установлении внутризонового телефонного
соединения используется закрытый план нумерации, при котором количество десятичных знаков в национальном (значащем)
номере равно 10.
При открытом плане нумерации абонентом местное телефонное соединение устанавливается набором местного номера,
а внутризоновое и междугородное телефонные соединения набором национального (значащего) номера с префиксом Пн.
При установлении телефонного соединения в сети подвижной связи используется закрытый план нумерации с префиксом Пн.
32
Выводы по разделу 2
1. Структура телефонной сети на ЕСЭ РФ имеет 3 уровня:
междугородный, зоновый и местный.
2. Междугородная телефонная сеть строится по зоновому
принципу и включает транзитные междугородные узлы связи
ТМгУС для связи различных зоновых сетей и транзитные международные узлы связи ТМнУС для выхода на международные
телефонные сети.
3. В каждой зоне семизначной нумерации с кодом АВС
имеется один зоновый транзитный узел ЗТУ и она организуется
на территории области/республики/края.
4. Местные телефонные сети бывают городские (ГТС) и
сельские (СТС), они строятся на территории городов и сельских
административных районов соответственно.
5. На ЕСЭ РФ на междугородных и внутризоновых телефонных сетях используется закрытый план нумерации, в котором национальный (значащий) номер всегда содержит 10 цифр,
из которых 3 первые цифры – это географический АВС или негеографический DEF код, остальные 7 цифр – зоновый абонентский номер. Для выхода на международные и междугородные,
внутризоновые сети используются соответствующие префиксы
Пмн и Пм, которые сменятся до 2020 года. В местных сетях может использоваться открытый план нумерации
Вопросы для самопроверки по разделу 2
1. На какие уровни делится всемирная сеть электросвязи? Чем
они отличаются и какие бывают?
2. Перечислите уровни национальной телефонной сети в России.
3. Как реализована междугородная телефонная сеть на ЕСЭ
РФ?
4. Как присваиваются коды географических зон семизначной
нумерации АВС?
5. Как осуществляется выход на международную телефонную
сеть с ЕСЭ РФ?
33
6. Какие узлы коммутации используются на междугородной
телефонной сети?
7. Укажите особенности и максимальные емкости телефонной
нумерации различных схем построения ГТС.
8. Какие структуры имеют современные ГТС и почему?
9. Для каких целей на ГТС устанавливают транзитные узлы
коммутации?
10. Какие структуры используются на СТС? В чем их отличие?
11. Как могут быть связаны оконечные станции СТС между собой и с районным/областным центрами?
12. Что такое план нумерации? Какие бывают планы нумерации? В чем их отличие?
13. В чем отличие географической и негеографической зоВ чем
суть зонового принципа плана нумерации?
14. Поясните структуру национального номера на ЕСЭ РФ.
15. Какие префиксы применяются в плане набора номера на телефонной сети общего пользования Российской Федерации
в настоящее время? Как они изменятся в перспективе?
34
3 СЕТИ ДОСТУПА
Цель раздела: изучение общих принципов и технологий реализации проводных сетей доступа.
3.1 Место сети доступа в инфокоммуникационной системе
В рекомендациях МСЭ-Т серии Y.2000 приведена модель
инфокоммуникационной системы, позволяющая однозначно
определить место сети доступа в этой системе (рис. 3.1).
Оборудование в
помещении
клиента
Сеть доступа
Транзитная сеть
Средства
поддержки услуг
Customer
Premises
Equipment
Access Network
Transit Network
Service Nodes
Рис. 3.1 Модель инфокоммуникационной системы
Сеть доступа (Access Network – AN) – cеть связи, обеспечивающая подключение терминальных устройств пользователя
к оконечному узлу транзитной сети.
Примером оборудования в помещении абонента может
быть как обычный телефонный аппарат (квартирный сектор),
так и сложный комплекс аппаратно-программных средств –
учрежденческая АТС (УАТС), локальная сеть Ethernet и прочее
оборудование связи (производственный сектор).
В простейшем случае функции сети доступа для подключения индивидуальных пользователей может выполнять обычная двухпроводная абонентская телефонная линия. В состав сети доступа для подключения корпоративных пользователей могут входить:
 первичный цифровой тракт для подключения учрежденческой АТС в местную телефонную сеть;
 цифровой тракт xEthernet, поддерживающий стек протоколов TCP/IP, для включения локальной сети в сеть Интернет;
 выделенные (арендуемые) линии, если они необходимы
35
для включения того оборудования связи, которое не использует
сеть телефонной связи или Интернет.
Функции транзитной сети состоят в установлении соединений между терминалами, включенными в различные сети
абонентского доступа или между терминалом и средствами поддержания услуг.
Средства поддержки услуг (узлы услуг) относятся к
устройствам, которые могут значительно различаться по своим
функциональным возможностям. Простейшим примером может
считаться автоинформатор, а одними из самых сложных – современный контакт-центр, дата-центр или центр медиа-услуг
(например, услуг «видео по запросу», отложенное ТВ и др.).
Таким образом, через сети доступа конечные пользователи получают доступ к услугам и сервисам оператора связи. Это
наиболее сложная и дорогая часть телекоммуникационной сети,
характеризующаяся большим набором интерфейсов и оборудования, различными топологиями и средами передачи, разнообразными и часто противоречивыми требованиями к надёжности,
производительности, стоимости.
3.2 Классификация сетей доступа
В настоящее время используются различные технологии
для реализации сетей доступа. Их классификация по используемой среде передаче представлена на рис. 3.2.
Технологии, используемые в сетях доступа
Проводные
Беспроводные
Комбинированные
Витая пара
Радиосвязь
Проводные +
беспроводные
Коаксиальный
кабель
Спутниковые
Стационарные +
мобильные
Оптоволокно
Лазерная связь
Гибридные HFC
(коаксиал+волокно)
Рис. 3.2 Классификация технологий доступа
36
Все виды технологий сетей доступа можно разделить на
три группы: проводные (wireline), беспроводные (wireless) и
комбинированные (mixed). Технологии, базирующиеся на использовании проводных средств электросвязи, можно разделить
на несколько классов. Первый класс образуют технологии, использующие двухпроводные телефонные абонентские линии
или витую пару (например, семейства технологий xDSL, хEthernet и др.). Второй класс – технологии, использующие коаксиальный кабель (хEthernet, системы кабельного телевидения).
Третий – технологии, использующие в качестве среды передачи
оптоволоконный кабель (например, семейство FTTx, пассивная
оптическая сеть PON).
Все основные технологии, базирующиеся на использовании беспроводных (радиотехнических) средств электросвязи,
можно также разделить на три класса. Классические беспроводные технологии представлены средствами радиосвязи (узкополосными и широкополосными), которые, в свою очередь, делятся на два вида в зависимости от топологии связи базовой станции (БС) и терминалов:
 PTP (Point-To-Point) с конфигурацией "точка – точка";
 PTM (Point-To-Multipoint) с конфигурацией "точка –
множество точек".
В сельской местности и в ряде других случаев могут использоваться системы спутниковой связи (ССС). Более того, в
некоторых труднодоступных населенных пунктах применение
ССС – единственное решение для создания сети доступа. В некоторых случаях (например, в специальных сетях и при катастрофах) применяется технология лазерной связи, работающая
по эфиру. Она часто называется "оптической без кабеля".
Комбинированные технологии сетей доступа обычно разделяют на три класса. Сетевые решения, получаемые в результате разумного сочетания вариантов проводных и беспроводных
технологий, образуют первый класс. Ко второму классу относятся комбинации стационарных (проводных и беспроводных) и
мобильных технологий. Третий класс представляют технологии
доступа, использующие две среды передачи – оптический и ко-
37
аксиальный/симметричный кабель (часто используется в кабельном телевидении или при доступе в Интернет).
3.2 Классификация технологий проводного
абонентского доступа
Одним из важнейших критериев классификации технологий проводного доступа является используемая среда передачи.
Это может быть телефонная или специальная витая медная пара,
коаксиальные кабели, оптоволоконные кабели, а также проводка
сетей электропитания или радиотрансляционных сетей. С учетом данного критерия технологии проводного абонентского доступа распределяются на следующие группы (рис. 3.3):
Технологии проводного абонентского
доступа
КТВ
ТфОП
ISDN
LAN
xDSL
Телефон
ISDNBRA
Ethernet
ADSL
Факс
ISDNPRI
Fast
Ethernet
HDSL
Gigabit
Ethernet
10Gigabit
Ethernet
Модем
ПД
СКД
OAN
FTTx
xPON
FTTH
APON
VDSL
FTTB
BPON
SHDSL
FTTC
GPON
Выделенная линия
Рис. 3.3 - Классификация технологий проводного доступа
1) технологии телефонного доступа ТфОП (витая телефонная медная пара)
2) технологии доступа сети ISDN (витая телефонная медная пара)
38
3) технологии локальных вычислительных сетей LAN
(витая медная пара, например неэкранированная UTP категорий
3, 4, 5);
4) технологии xDSL-доступа (витая телефонная медная
пара);
5) технологии кабельного телевидения КТВ (коаксиальный и оптоволоконный кабели);
6) технологии оптических сетей доступа OAN (оптоволоконный кабель и витая медная пара);
7) технологии сетей коллективного доступа СКД (провода
сетей электропитания, проводка радиотрансляционных сетей).
3.3 Технологии цифровых абонентских линий хDSL
Впервые цифровые абонентские линии DSL (Digital Subscriber Line) были реализованы в цифровой сети с интеграцией
служб (ISDN), в которой обычная телефонная 2-х проводная
абонентская линия (АЛ) используется для передачи цифрового
потока от абонента. Использование специальных методов модуляции и кодирования в базовом доступе BRA (2B+D) позволило
обеспечить в обычной телефонной АЛ (интерфейс Uk0) скорость
передачи 160 Кбит/с:
- 264 Кбит/с (два канала В для передачи пользовательской информации в режиме канальной или пакетной коммутации);
- 16 Кбит/с (канал D для цифровой абонентской сигнализации EDSS1);
- 16 Кбит/с (биты синхронизации).
Одной из самых распространенных технологий хDSL являются асимметричные технологии Asymmetric Digital
Subscriber Line – асимметричная цифровая абонентская линия
ADSL (ITU-T G.992.1), ADSL2 (G.992.3), ADSL2+ (G.992.5). Эти
технологии используются для широкополосного доступа (ШПД)
в Интернет. Они удобны тем, что при малом прямом потоке,
формируемом пользователем, позволяют выделить больше ресурсов на обратный поток от сети к пользователю. В технологии
39
Голосовая связь
(телефон)
ADSL полоса двухпроводной абонентской линии делится на три
канала (рис. 3.5):
1) канал тональной частоты (телефонный трафик) – до 4
кГц;
2) прямой канал Up (от абонента в сеть) – 30-138 кГц;
3) обратный канал Down (из сети к абоненту) – 138-1104
кГц (в технологии ADSL2+ – до 2,2 МГц).
К абоненту
(down stream)
От
абонента
(upstream)
ADSL2+
ADSL/ADSL2
0,3 кГц
4 кГц
0,14 МГц
1,1 МГц
2,2 МГц
Рис. 3.5 Распределение частотного спектра в линии
ADSL/ADSL2/ADSL2+
Для того чтобы телефонные сигналы (а их частота может
быть существенно больше 3,4 кГц) не мешали передаче данных
используются частотные разделители (фильтры) – сплиттеры,
которые выделяют телефонный сигнал и направляют его к
обычному телефонному аппарату.
Максимально возможная скорость линии зависит от ряда
факторов, включающих длину линии и толщину медных жил
телефонного кабеля. Характеристики линии ухудшаются с увеличением его длины и уменьшением сечения провода.
В помещении телефонной станции также устанавливается
сплиттер, который разделяет каналы и телефонный канал передается в оборудование АТС, а каналы передачи данных (каждый
в отдельности) подключаются к мультиплексору доступа циф-
40
ровой абонентской линии (DSLAM), который оснащается портом Ethernet 100/1000Base-T, что позволяет использовать на узлах доступа обычные пакетные коммутаторы или маршрутизаторы сетей ПД (рис. 3.6).
Интернет
ADSL-коммутатор
Данные
Сетевая карта
Витая
медная
пара
Голос
ADSLсплиттер
Телефонный
провод
Ethernet кабель
ADSL-модем
ADSLсплиттер
Городская
телефонная
сеть
Оборудование
АТС
Помещение абонента
Рис. 3.6 Схема организации ADSL соединения
Разработано большое число технологий xDSL, значительная часть из которых в настоящее время уже не используется на
практике. Некоторые технологии xDSL приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1 Характеристики современных технологий xDSL
Система
xDSL
Модуляция
ADSL
Скорости,
Макс. ЧисКбит/с
расстоя- ло
Прямой Обратн. ние*, канакм
лов
канал
канал
САР/DMT
640
6000
5,4
2
ADSL2
G.DMT
936
12000
2,7
41
2
Число
пар
Вид
передачи
Среда
передачи
1
Асимметр.
2-х
пров.
1
Асимметр.
2-х
пров.
Продолжение табл. 3.1
Система
Модуляция
ADSL2 G.DMT
+
HDSL
2В1Q
SHDSL ТСРАМ
VDSL
САР/DMT
/DWMT/
SLC
Скорости,
Кбит/с
Макс. Чисрасстоя- ло
ние*, канаПрямой Обратн.
км
лов
канал
канал
Число
пар
Вид
передачи
Среда
передачи
936
24000
1,4
2
1
Асимметрн.
2-х
пров.
2048/
2320
2048/
2320
4,5/
3,6
1
2
Симметр.
4-х
пров.
2320/
3840/
5696
2320/
3840/
5696
3,0
1
1
Симметр.
2-х
пров.
15002300
13000/
52000
1,4/
0,3
1
1
Асимметр.
2-х
пров.
Примечания:
* Максимальное расстояние передачи для заданной скорости зависит от диаметра жил используемого медного кабеля. Данные приведены в табл. 3.2 для
жил диаметром 0,5 мм.
3.4 Гибридные технологии доступа FTTx
Смешанные (гибридные) медно-оптические технологии доступа FTTx (англ. Fiber To The х) - оптическое волокно до точки
X - это общий термин для обозначения сети доступа, в которой от
узла связи до определенного места (точка X) доходит оптоволоконный кабель, а далее, до абонента, - медный кабель (возможен
и вариант, при котором оптика прокладывается непосредственно
до абонентского устройства). С широкой полосой систем FTTx
неразрывно связана возможность предоставления большого числа
услуг, в том числе широкополосных (например, кабельное телевидение, IP-TV, доступ в Интернет).
В семейство FTTx входят различные виды архитектур, но
наиболее распространенными являются две из них:
FTTB (Fiber to the Building) – волокно до здания;
42
FTTH (Fiber to the Home) – волокно до жилища (квартиры
или отдельного коттеджа).
При использовании варианта FTTB оптическое волокно заводится в дом, как правило, на цокольный этаж или на чердак и
подключается к оптическому сетевому устройству ONU (Optical
Network Unit) (рис. 3.7). На стороне оператора связи устанавливается терминал оптической линии OLT (Optical Line Terminal).
OLT является первичным устройством и определяет параметры
обмена трафика (например, интервалы времени приема/передачи
сигнала) с абонентскими устройствами ONU (или ONT, в случае
FTTH). Дальнейшее распределение сети по дому происходит
обычно по «витой паре».
Рис. 3.7 – Реализация сетей FTTB и FTTH
Архитектура FTTB доминирует во вновь возводимых домах и у крупных операторов связи, тогда как FTTH будет востребована только в новом малоэтажном (коттеджном) строительстве.
Основным недостатком технологий FTTx является наличие
активного оборудования в точке «х» и следовательно необходимость подведения туда электропитания (желательно гарантированного), что часто затруднено на практике.
43
3.5 Пассивные оптические сети PON
Появление новых услуг связи и, в частности, интенсивное
использование мультимедийного и видеообмена с сетью Интернет привело к существенному росту (вплоть до 1 Гбит/с) требований к скорости обмена, а значит, и к полосе пропускания сетей
доступа. В этой ситуации стала востребованной технология пассивных оптических сетей PON (Passive Optical Network).
Сеть PON использует оптическое волокно (ОВ) в качестве
среды передачи, а значит, не имеет ограничений, присущих медной паре или коаксиальному кабелю. Суть технологии пассивных
оптических сетей, вытекающая из ее названия, состоит в том, что
ее распределительная сеть строится без каких-либо активных
компонентов: разветвление оптического сигнала осуществляется
с помощью пассивных делителей оптической мощности – оптических сплиттеров (рис. 3.8).
Рис. 3.8 – Передача информации в пассивной оптической сети
Примечание: сеть PON двунаправленная и для соответствующих услуг (VoD, Интернет и др.) может обеспечивать передачу информации в обе стороны.
Структурно любая пассивная оптическая сеть PON состоит
из трех главных элементов (рис. 3.9):
44
Рис. 3.9 - Принцип работы сети PON
1) оптического станционного терминала OLT (Optical
Line Terminal);
2) пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с
коэффициентом деления от 1:2 до 1:128;
3) оптического сетевого абонентского терминала ONT
(Optical Network Terminal) (иногда используется название ONU –
Optical Network Unit).
Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с
внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеют необходимые интерфейсы (в том числе – электрические) взаимодействия с
абонентской стороны.
В одном волокне сетей PON для нисходящего и восходящего потоков задействуются разные длины волн (метод WDM).
Нисходящий (прямой) поток от центрального узла обычно имеет
скорость STM-4/16 (0,622/2,5 Гбит/с) и передается по ОВ на
длине волны 1550 нм до точки разветвления на пассивный оптический разветвитель, который делит этот поток на несколько (до
32 или до 64) потоков, поступающих на ONT, установленные в
45
помещении абонентов. Восходящие (обратные) потоки от абонентов на длине волны 1310 нм собираются с помощью технологии множественного доступа с временным разделением (TDMA)
в агрегатный поток на скорости 622 Мбит/с. Конвертирование
оптических сигналов в электрические и обратно осуществляется
оборудованием ONT.
Для сетей PON разработан ряд стандартов (табл. 3.2). Первым был стандарт PON на основе технологии ATM – A-PON. Затем появилась широкополосная PON – B-PON, допускающая динамическое распределение полосы в зависимости от типа приложений и поддерживающая интерфейсы SDH, ATM, FE, GE, E1,
Ethernet (10/100Base-TX) и телефонию (FXS). Развитием B-PON
стала гигабитная PON – G-PON, имеющая скорости до 2,5 Гбит/с,
симметричный и асимметричный варианты использования прямого и обратного каналов. В последние годы разработан стандарт
Ethernet PON (скорость до 1,25 Гбит/с) (IEEE 802.3ah).
Табл. 3.2 – Сравнение различных технологий PON
EPON
Технология PON
APON
BPON
GPON
(GEPON)
ITU
ITU
IEEE
Стандарт
ITU G.984.х
G.983.1
G.983.х
802.3ah
Скорость передачи,
155
622
1244
2488
прямой поток, Мбит/с
Скорость передачи,
обратный поток,
155
155
1244
1244
Мбит/с
Максимальное число
абонентских узлов на
32
32
32
64
одно волокно
Максимальный радиус
20
20
20
60
сети, км
АсимметАсимметАсимметричный
ричный или
Симмет- ричный или
Режим работы
или симсимметричричный симметричметричный
ный
ный
46
Архитектура сети PON строится на основе комбинации
возможных элементарных топологий (рис. 3.10): звезды, последовательной цепи (шины) или дерева.
Рис. 3.10 - Топологии сетей PON: а) звезда; б) шина, в) дерево
Преимущества технологии PON:
1. Допускает работу при расстоянии между станцией и
клиентом вплоть до 20 км.
2. Минимизирует длины оптических волокон.
3. Предоставляет широкую полосу пропускания (до 10
Гбит/c).
4. Предоставляя широковещательные возможности, PON
оказывается весьма эффективной для передачи видеопрограмм
(цифровых или аналоговых).
5. Исключает необходимость инсталлирования активных
мультиплексоров в точках разветвления, что облегчает обслуживание таких сетей и минимизирует энергопотребление. Вместо
активных устройств в таких точках PON использует небольшие
пассивные оптические разветвители.
Выводы по разделу 3
1. Сети доступа обеспечивают подключение оконечного оборудования пользователя к магистральной (транзитной) сети.
47
2. Сети доступа на базе существующих телефонных абонентских линий и технологий xDSL позволяют предоставлять услуги
Triple Play с ограниченной полосой пропускания.
3. Сети доступа на базе оптического волокна и технологий
FTTx и PON позволяют предоставлять любые широкополосные
услуги Triple Play.
Вопросы для самопроверки по разделу 3
1. Укажите назначение сетей доступа.
2. По каким признакам классифицируются сети доступа?
3. Перечислите основные классы технологий проводного абонентского доступа.
4. Когда появились первые цифровые абонентские линии DSL?
5. Сравните достоинства и недостатки технологий FTTB и FTTH.
6. В чем особенность асимметричных технологий ADSL?
7. Для чего нужны сплиттеры в технологиях ADSL?
8. Сравните характеристики наиболее распространенных технологий xDSL.
9. Почему технологии xDSL не имеют стратегических перспектив?
10. В чем заключается специфика технологий FTTx?
11. Приведите классификацию технологий FTTx.
12. Какое оборудование используется в сетях FTTx?
13. В чем основной недостаток технологий FTTx?
14. Почему сеть PON называется пассивной? В чем ее отличие
от сетей FTTx?
15. Как работает оптический сплиттер в прямом и обратном
направлении?
16. Какие элементы входят в состав сети PON?
17. Поясните особенности работы сети PON в прямом и обратном направлениях.
18. Сравните характеристики разных стандартов PON.
48
4 ОБЩЕКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ
ОКС№7
Цель раздела: изучение архитектуры и общих принципов построения общеканальной системы сигнализации ОКС№7.
4.1 Сигнализация в сетях связи
Система сигнализации – это логическая связь сигналов,
которыми обмениваются различные элементы сети связи в процессе обслуживания вызовов (заявок, требований).
В зависимости от участка сети связи различают следующие виды сигнализаций (рис. 4.1):
 абонентская сигнализация – это совокупность логически взаимосвязанных сигналов, которыми обмениваются абонентский терминал и станция (оконечный узел коммутации);
 внутристанционная сигнализация – это совокупность
логически взаимосвязанных сигналов, которыми обмениваются
отдельные блоки внутри станции в процессе обслуживания вызовов;
 межстанционная сигнализация – это совокупность логически взаимосвязанных сигналов, которыми обмениваются
различные станции (узлы) в сети в процессе обслуживания вызовов.
Терминал
абонента А
Абонентская
линия
Абонентская
сигнализация
Станция А
Станция Б
Соединительная
линия
Внутристан- Межстанционная Внутристансигнализация
ционная
ционная
сигнализация
сигнализация
Терминал
абонента Б
Абонентская
линия
Абонентская
сигнализация
Рис. 4.1 – Виды систем сигнализации в сетях связи
Примечание: В каждой конкретной системе коммутации
используется свой собственный (фирменный) протокол внутри-
49
станционной сигнализации, поэтому как таковые стандартные
внутристанционные системы сигнализации отсутствуют.
4.2 Классификация телефонных систем сигнализации
Единая сеть электросвязи (ЕСЭ) РФ применительно к телефонным сетям имеет три уровня иерархии: междугородный,
внутризоновый и местный. Кроме этого национальная междугородная сеть взаимодействует с международной телефонной сетью. На каждом из этих уровней используются соответствующие системы сигнализации, классификация которых приведена
на рис. 4.2.
Телефонные системы сигнализации на ЕСЭ РФ
Международные
Междугородные
Внутризоновые
ОКС№7
(междунар.)
Местные
Межстанционная
сигнализация
ОКС№7
(национальн.)
Городская
Линейная
Сельская
Маршрутизации
Абонентская
сигнализация
Аналоговая
Цифровая
Линейная
Рис. 4.2 – Классификация телефонных систем сигнализации на
ЕСЭ РФ
Следует отметить следующие особенности современного
состояния систем сигнализации на ЕСЭ РФ:
1) в качестве международной системы сигнализации используется практически только общеканальная система сигнализации ОКС№7 в международной спецификации;
2) на междугородных, внутризоновых и местных телефонных сетях используется в основном система общеканальной сигнализации ОКС№7 в национальной российской спецификации;
3) при связи с аналоговыми системами коммутации (декадно-шаговыми, координатными и квазиэлектронными) на местных телефонных сетях еще используются различные системы
сигнализации с выделением линейной сигнализации (чаще всего
по 2-м выделенным сигнальным каналам (2ВСК) в первичном
50
тракте Е1 - ИКМ-30/32) и сигнализации маршрутизации (в основном декадная или многочастотным кодом МЧК «2 из 6»).
Международный союз электросвязи МСЭ-Т (ITU-T) в различные периоды развития электросвязи рекомендовал различные системы сигнализации, используемые на международных
телефонных сетях. В принципе, эти же системы сигнализации
могли использоваться и в национальных сетях напрямую или с
введением национальных особенностей. Но национальные системы сигнализации, не соответствующие международным
стандартам, не должны использоваться для выхода на международную сеть. В настоящее время основной системой сигнализации на международных телефонных сетях является общеканальная сигнализация ОКС №7 (используется последовательная
нумерация международных систем сигнализации с №1 по №7).
4.3 Децентрализованные и централизованные системы сигнализации
Все международные системы сигнализации №1 – №5, R1
и R2, которые использовались в аналоговых системах коммутации, можно отнести к децентрализованным системам сигнализации. В них линейные сигналы и сигналы маршрутизации (вмести они называются сигналами управления и взаимодействия СУВ) передавались или по разговорным каналам (РК), или по
специальным выделенным сигнальным каналам (СК), жестко
закрепленным за разговорными каналами в комплектах соединительных линий (КСЛ) (рис. 4.3).
Достоинства децентрализованных системы:
- простота схемной реализации;
- высокая надежность (живучесть) системы.
Недостатки децентрализованных систем сигнализации:
- разговорный канал занимается для передачи сигнальной информации, но данное время занятия не подлежит оплате
(оно начинается только с ответа встречного абонента, а СУВ
передаются по разговорному каналу и ранее);
- возможно влияние сигналов разговорного канала на качество передачи СУВ (в случае внутриполосной передачи СУВ);
51
- невозможно реализовать алгоритмы, обеспечивающие
обнаружение и исправление ошибок при передаче СУВ.
АТС А
СЛ
АТС В
Разговорные
сигналы + СУВ
КСЛ
КСЛ
РК
КСЛ
КСЛ
СК
СК
Рис. 4.3 – Децентрализованная система сигнализации с передачей СУВ по разговорным каналам (верхняя линия) или по выделенным сигнальным каналам (нижняя линия)
Эти недостатки были преодолены в централизованной
(общеканальной) системе сигнализации. Такие системы сигнализации появились в станциях с программным управлением, в
которых всеми процессами управляет электронная управляющая
машина (ЭУМ). Станции были дооборудованы контроллерами
ОКС (К), которые обеспечивают передачу всей сигнальной информации между станциями по специальному каналу передачи
данных – общему каналу сигнализации (ОКС) (рис. 4.4).
АТС В
АТС А
СЛ
КСЛ
КСЛ
КСЛ
ЭУМ
КСЛ
К
ОКС
К
ЭУМ
Рис. 4.4 – Централизованная (общеканальная) система сигнализации
52
Общий канал сигнализации (ОКС) – это дискретный канал
связи между двумя пунктами сигнализации, по которому на
принципе адресно-группового использования организуется передача сигнальной информации, относящейся к целому пучку
разговорных каналов.
Кроме этого, по ОКС могут передаваться различные дополнительные сигналы, не связанные с коммутацией разговорных каналов. Например, передача роуминговой информации в
сети мобильной связи; передача информации, связанной с
предоставлением услуг интеллектуальных сетей; информация
учета нагрузки сети, учета стоимости разговоров, управления
сетью, технической эксплуатации и др.
4.4 Архитектура ОКС №7
Система сигнализации ОКС№7 построена на базе 7-ми
уровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем
(ЭМВОС). Но для реализаций функций ОКС№7 достаточно четырех уровней из этой модели, т.к. нет необходимости в реализации функций 4, 5 и 6-го уровней (рис. 4.5).
Уровни
ЭМВОС
CAP
INAP
MAP
BSSAP
7
Уровни
ОКС
ISUP
4
TCAP
6,5,4
Null
SCCP
3
3
2
МТР
2
1
1
Рис. 4.5 – Соответствие уровней ОКС №7 и модели ВОС
53
Базовой платформой, на основе которой работают все
прикладные подсистемы ОКС №7, является подсистема передачи сообщений MTP (Message Transfer Part), которая обеспечивает надежную передачу сигнальной информации различных подсистем пользователей через сеть ОКС №7. МТР реализует практически три нижних уровня модели ЭМВОС. Недостающие
функции 3-его сетевого уровня, необходимые для прикладных
подсистем, не связанных с коммутацией пользовательских каналов, выполняет подсистема управления соединением сигнализации SCCP (Signalling Connection Control Part).
Все сети связи (телефонные, ISDN, сотовые, интеллектуальные и др.), которые используют сигнализацию ОКС №7, работают через соответствующие прикладные подсистемы пользователей определенной сети.
Прикладная подсистема пользователя сети ISDN – ISUP
(Integrated Service User Part) обеспечивает реализацию всех
услуг в сети ISDN (дополнительных и основных) и может обслуживать также обычные телефонные сети. Подсистема ISUP
при реализации основных услуг ISDN, связанных с коммутацией пользовательского канала, работает через подсистему MTP.
Для реализации дополнительных услуг, не связанных с коммутацией пользовательского канала, подсистема ISUP работает
через подсистемы SCCP и MTP.
Через подсистему SCCP работает также прикладная подсистема BSSAP (Base Station System Application Part) – подсистема управления базовыми станциями в сотовой сети стандарта
GSM на участке между контроллером базовых станций и базовыми станциями.
Все остальные прикладные подсистемы пользователей
разных сетей работают на прикладном уровне через подсистему
возможностей транзакций – TCAP (Transaction Capabilities
Application Part). Через подсистему TCAP работают следующие
прикладные подсистемы:
MAP (Mobile Application Part) – прикладная подсистема
пользователя сети GSM для реализации функций роуминга.
INAP – прикладная подсистема пользователя услуг интеллектуальной сети.
54
CAP – расширенная логика предоставления интеллектуальных услуг в сотовой сети стандарта GSM.
4.5 Принципы построения и работы сетей ОКС№7
Звено сигнализации (ЗС) – это физическая среда для передачи информации между двумя пунктами сигнализации в сети
ОКС №7. Представляет собой двухсторонний тракт передачи
данных, работающих в оба направления одновременно с одинаковой скоростью. Основная функция ЗС – физическая передача
сигнальной информации. ЗС реализуется каналообразующей
аппаратурой и в качестве него (в России) используется 16 КИ
тракта ИКМ–30/32 (в принципе, в качестве ЗС может использоваться любой канал, кроме 0). Таким образом, скорость звена
сигнализации ОКС№7 – 64 кбит/с.
Сеть ОКС №7 строится с использованием следующих типов пунктов сигнализации:
1. Оконечный пункт сигнализации - SP (SEP).
Символьное изображение SP на схеме – .
В этом пункте реализуется весь стек протоколов ОКС №7
минимум с одной прикладной подсистемой пользователя UP.
2. Транзитный пункт сигнализации – STP.
Символьное изображение STP на схеме –
. В этом
пункте реализуется только три уровня подсистемы MTP (МТР1МТР3). Он выполняет функции транзита сигнальной информации через третий уровень подсистемы MTP из одного звена сигнализации (ЗС) в другое (рис. 4.6).
SP-A
SP-B
UP
UP
STP
MTP
MTP
ЗС1
ЗС2
Рис. 4.6 – Стек протоколов в SP и STP
55
3. Комбинированный пункт сигнализации – SP/STP.
Символьное изображение SP/STP на схеме
. В этом
пункте для некоторых сигнальных маршрутов он работает как
SP, а для других – как STP.
4. Пункт ретрансляции сообщений подсистемы SCCP –
SPR. Символьное изображение на схеме . В этом пункте
происходит ретрансляция сообщений пользователей подсистемы SCCP.
В зависимости от путей прохождения разговорного и сигнального трафика различают два основных режима сигнализации в сети ОКС №7: связанный и квазисвязанный.
1. Связанный режим.
В этом режиме пути передачи пользовательской и сигнальной информации совпадают (рис. 4.7). Это основной режим
работы сети ОКС№7.
SP-A
PK
SP-A
SP-B
ЗС
PK1
ЗС1
SP-C
PK2
SP-B
ЗС2
Рис. 4.7 – Связанный режим (РК - разговорный канал)
2. Квазисвязанный режим.
В этом режиме пути передачи пользовательской и сигнальной информации не совпадают (рис. 4.8). На рисунке пунктирными линиями изображены разговорные каналы, а сигнальные звенья – сплошными линиями. Такой режим чаще всего
используется при организации резервных путей или при большой сигнальной нагрузке (на междугородных сетях).
Рис. 4.8 – Квазисвязанный режим сигнализации
56
4.6 Принципы построения сетей ОКС №7 на ЕСЭ РФ
Сеть ОКС №7 на международном уровне Единой сети
электросвязи России (ЕСЭ РФ) построена по следующим принципам (рис. 4.9):
К узлам других стран
SP/STP/SPR
(NI = 00/10/11)
SP/STP/SPR
(NI = 00/10/11)
ТМнУС
ТМнУС
На международную сотовую
сеть
Международный
уровень ЕСЭ РФ
Междугородный
уровень ЕСЭ РФ
ТЦК СПС
ТМгУС
SP/STP
(NI = 10)
SP/STP/SPR
(NI = 00/10)
ЗТУ
Сигнальные звенья
SP/STP/SPR
(NI = 10/11)
Разговорные каналы
Рис. 4.9 – Фрагмент международной сети ОКС №7 на ЕСЭ РФ
1. На всех транзитных международных узлах связи
ТМнУС организованы комбинированные пункты сигнализации
SP/STP/SPR (с международным сетевым индикатором NI = 00).
2. В этих пунктах сигнализации реализованы подсистемы
ОКС №7: ISUP в соответствии с международной рекомендацией
Q.767 и ISUP-R-2000 в соответствии с национальными спецификациями России.
3. Все пункты сигнализации на ТМнУС связаны между
собой прямыми звеньями сигнализации по принципу «каждая с
каждой».
4. Для связи с междугородной сетью ЕСЭ РФ в ТМнУС
реализуются функции шлюзовых пунктов сигнализации, работающих в междугородном сетевом индикаторе NI = 10.
5. Для связи с сотовыми сетями федеральных стандартов
организуются прямые звенья сигнализации с пунктами сигнали-
57
зации, реализованными на базе территориальных центров коммутации сети подвижной связи (ТЦК СПС).
Междугородная сеть ОКС №7 ЕСЭ РФ работает в сетевом индикаторе NI = 10 и обслуживает различные междугородные сети: телефонные, сотовые сети и интеллектуальные сети.
Эта сеть работает в соответствии с национальными спецификациями ISUP- R-2000 и INAP-R. На междугородной сети ОКС№7
организуются оконечные пункты сигнализации SP, связанные
между собой через сеть транзитных пунктов STP. Транзитная
сеть ОКС№7 имеет два уровня (рис. 4.10):
- нижний уровень – комбинированные пункты SP/STP, интегрированные в транзитный междугородный узел связи
(ТМгУС);
- верхний уровень – выделенные пункты STP.
Выделенные пункты STP образуют полносвязную топологию междугородной сети ОКС№7, а каждый интегрированный
SP/STP связан с одним выделенным STP. В настоящее время в
Европейской части организованно 4 выделенных STP, территориально расположенных на ТМгУС. Конечные пункты SP организуются на ЗТУ, ТМнУС и ТМгУС.
SP/STP или STP
ТМгУС
(NI = 10)
SP/STP или STP
ТМгУС
(NI = 10)
SP/STP или STP
ТМгУС
(NI = 10)
SP/STP или STP
ТМгУС
(NI = 10)
SP (ЗТУ)
(NI = 10/11)
SP (ЗТУ)
(NI = 10/11)
SP (ЗТУ)
SP (ЗТУ)
(NI = 10/11) (NI = 10/11)
SP (ЗТУ)
(NI = 10/11)
Рис. 4.10 – Схема фрагмента междугородной сети ОКС №7
58
Сеть ОКС№7 федеральных сетей подвижной связи (СПС)
представляет собой совокупность оконечных пунктов сигнализации SP, организованных в центрах коммутации подвижной
связи (MSC), и комбинированных пунктов SP/STP, организованных на базе локальных (ЛЦК) и территориальных (ТЦК)
центров коммутации и взаимодействующих между собой через
транзитную сеть ОКС№7. Пункты сигнализации на базе ЛЦК и
ТЦК работают в междугородном сетевом индикаторе NI = 10.
Причем эти пункты могут выполнять функции шлюзов между
сетями ОКС№7, работающих в сетевых индикаторах NI = 10,
11. Пункты сигнализации на базе MSC работают в сетевом индикаторе местной сети (NI = 11).
Для реализации функции национального роуминга в ТЦК
организуются пункты ретрансляции сигнальных сообщений SPR
подсистемы SCCP.
На городских телефонных сетях (ГТС) сети ОКС№7 работают в сетевом индикаторе NI = 11 и их структура сети существенным образом зависит от схемы построения телефонной
сети. В сети без узлов (по принципу «каждый с каждым») на
каждой станции организуются оконечные пункты сигнализации
SP, работающие в сетевом индикаторе NI = 11. Они связаны
между прямыми пучками звеньев сигнализации. На одной из
станций кроме оконечного SP организуется и транзитный пункт
сигнализации STP. Через него работают оконечные пункты в
квазисвязанном режиме при выходе из строя или перегрузке основных звеньев сигнализации. На ГТС с узлообразованием на
опорных станциях организуются оконечные пункты сигнализации SP, на узловых (транзитных) – комбинированные пункты
сигнализации SP/STP.
На сельских телефонных сетях с радиальной структурой
оконечные пункты сигнализации SP в сети ОКС №7 организуются на центральной станции ЦС и на оконечных станциях ОС.
59
Выводы по разделу 4
1. Система сигнализации ОКС№7 использует в качестве
звена сигнализации основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью 64 кбит/с (в России – 16-ый КИ первичного потока Е1).
2. Архитектура ОКС№7 - 4-х уровневая, 3 уровня реализует в основном подсистема передачи сообщений МТР, 4-ый
уровень – различные прикладные подсистемы пользователей
UP.
3. Подсистема ISUP для сети ISDN используется в телефонных и сотовых сетях 2G/3G.
4. В сети ОКС№7 используются оконечные SP и транзитные STP пункты сигнализации.
5. Сеть ОКС№7 на ЕСЭ РФ 2-х уровневая и работает с сетевыми индикаторами NI: международная сеть (NI=00), междугородная сеть (NI=10) и местные сети ГТС/СТС (NI=11)
Вопросы для самопроверки по разделу 4
1. Перечислите виды систем сигнализации в сетях связи.
2. Как классифицируются телефонные системы сигнализации
на ЕСЭ РФ?
3. Укажите достоинства и недостатки децентрализованных
систем сигнализации.
4. Когда появилась возможность реализовать централизованную систему сигнализации?
5. Сравните децентрализованные и централизованные системы сигнализации.
6. Поясните особенности общего канала сигнализации.
7. Какие уровни реализованы в модели ОКС№7 и как они соотносятся с уровнями ЭМВОС?
8. Поясните назначение основных подсистем пользователей
ОКС№7, используемых в настоящее время на сетях связи.
9. Укажите основные функции подсистемы передачи сообщений МТР.
10. Как реализуются на сети звенья сигнализации ОКС№7?
60
11. Поясните, чем отличаются различные типы пунктов сигнализации в сети ОКС№7 и как они изображаются на схемах.
12. Чем отличаются связанные и квазисвязанный режимы сигнализации?
13. В каком режиме сигнализации используется транзитный
пункт сигнализации STP? Какова его функция?
14. В каких сетевых индикаторах работают разные сети ОКС№7?
61
5 ПОДСИСТЕМА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ISUP
Цель раздела: изучение форматов сигнальных единиц ОКС№7 и
алгоритма установления соединения с использованием подсистемы ISUP.
5.1 Типы сигнальных единиц
Любая информация передается через звено сигнализации
с помощью сигнальных пакетов, называемых сигнальными единицами, СЕ (Signal Unit - SU). СЕ как любой пакет содержит адресное поле, поле управления, поле сигнальной информации.
Используется переменная длина СЕ. В международных сетях –
до 63 байт, в национальных – до 272 байт.
Различают три типа сигнальных единиц:
1. Значащая сигнальная единица – MSU (Message Signal
Unit). Используется для передачи сигнальной информации по
звену сигнализации, информация которой формируется прикладными подсистемами пользователей (ISUP и др.) или подсистемой SCCP.
2. Сигнальная единица состояния звена – LSSU (Link Status Signal Unit). Это служебные СЕ, они используются на третьем уровне подсистемы MTP для реализации управления, технического обслуживания сети сигнализации.
3. Заполняющая сигнальная единица – FISU (Fill In Signal
Unit). Передается в звено сигнализации всегда, когда нет на передачу MSU и LSSU, используется для постоянного контроля
работоспособности звена сигнализации.
Рассмотрим формат значащей СЕ (рис. 5.1).
Флаг F (Flag) – последовательность битов: 01111110. Он
отмечает начало и конец СЕ. Закрывающий флаг одной СЕ
обычно является открывающим флагом следующей СЕ. Для
преодоления имитации флагов на передающей стороне после
каждых пяти подряд идущих «1» искусственно добавляется
лишний «0» (процедура битстаффинга). На приемной стороне
после каждых пяти подряд идущих единиц вставленный на передающей стороне «0» удаляется.
62
k
F
CK
SIF SIO
8
16
8xn
2
8
SSF
SI
4
4
LI
B
F
I FSN I BSN
B
B
F
6
1
8
7
1
7
биты
CIC SLS OPC DPC



4
4 12
14 14
Сигнальная 
информация Этикетка типа С (ISUP)
Рис. 5.1 – Формат значащей СЕ
Обратный порядковый номер (Backward Sequence Number
- BSN) – используется для положительного и отрицательного
подтверждения СЕ, принятых с противоположной стороны, т.е.
показывает прямо или косвенно на номер СЕ, принятой с противоположной стороны, на которую высылается положительное
или отрицательное подтверждение.
Обратный бит-индикатор BIB (Backward Indicator Bit) –
обеспечивает передачу в противоположный пункт сигнализации
положительного или отрицательного подтверждения принятия
значащей СЕ.
Прямой порядковый номер FSN (Forward Sequence
Number) – используются для нумерации передаваемых значащих
СЕ.
Прямой бит-индикатор FIB (Forward Indicator Bit) – показывает свойства передачи значащей СЕ в прямом направлении: передается первый раз или повторно.
Индикатор длины LI (Length Indicator) – служит для указания числа байтов, следующих за байтом индикатора длины и
предшествующих проверочным битам, и является одним из дво-
63
ичных чисел в интервале от 0 до 63. Значение индикатора зависит от типа СЕ:
LI
0, если FISU
 1или 2, если LSSU
 2, если MSU
Индикатор длины на международных сетях показывает,
сколько байт в значащей СЕ в полях SIO и SIF. В национальных
сетях он может быть длиной до 272 байт. В этом случае индикатор для значащей СЕ может принимать любое значение,
большее 2, т.к. конец СЕ определяется только закрывающим
флагом.
Байт служебной информации (Signalling Information Octet
- SIO), состоит из двух полей:
1. Индикатор службы SI (Service Indicator) - 4 младших
бита SIO, показывает к какой подсистеме ОКС№7 относится
информация данной СЕ. Например, 0101 – подсистема ISUP.
2. Поле подвида служб SSF (Subservice Field) – 4 старших
бита SIO, включает сетевой индикатор NI (Network Indicator) со
следующими значениями 2-х старших бит:
NI: 0000 – международная сеть;
0100 – резерв (для международного применения);
1000 – междугородная сеть;
1100 – местная сеть.
Поле сигнальной информации SIF (Signalling Information
Field) – включает этикетку маршрутирования и сигнальную информацию. В этикетку маршрутирования прикладной подсистемы ISUP входят следующие поля:
1) Код пункта назначения DPC (Destination point code) –
показывает, какому сигнальному пункту должна быть доставлена данная СЕ.
2) Код пункта отправления OPC (Origination point code) –
показывает пункт, который формирует данную СЕ.
3) Поле селекции звена сигнализации SLS (Signalling link
selection) – используется в сети сигнализации, когда между двумя соседними пунктами есть несколько альтернативных маршрутов передачи сигнальной информации и трафик должен быть
64
разделен между этими маршрутами. Тогда каждому маршруту
необходимо прописать свой код SLS.
4) Код идентификации канала CIC – показывает, с каким
разговорным каналом связано данное сигнальное сообщение.
Пять младших бит указывают номер разговорного канала, семь
старших бит – номер ИКМ-тракта.
Проверочные биты СК (Check Bits) – используются для
обнаружения ошибок в СЕ.
Сигнальная единица состояния звена LSSU передается для
реализации функций техобслуживания звена сигнализации на
уровне подсистемы MTP и указывает на состояние звеньев сигнализации. В LSSU поля SIO и SIF заменяются полем состояния
SF (Status Field), которое формируется оконечным устройством
звена сигнализации и содержит 8 или 16 бит (рис. 5.2). Оно используется для передачи информации о состоянии звена сигнализации (ЗС).
F
CK
8
16
SF
8
2
или
16
LI
B
F
I FSN I BSN
B
B
F
6
1
8
7
1
7
биты
Рис. 5.2 – Формат СЕ состояния звена
Передача LSSU производится только при возникновении в
сети сигнализации нештатных ситуаций:
- отказ звена сигнализации;
- некачественная работа звена сигнализации (большое количество ошибок);
- перегрузка звена сигнализации.
Заполняющая сигнальная единица FISU используется для
контроля правильности функционирования звена сигнализации
и всегда передается в звено, когда нет на передачу MSU или
LSSU. FISU имеет только обязательные для всех СЕ поля (рис.
5.3) и не передает никакую информацию.
65
F
CK
8
16
2
LI
B
F
I FSN I BSN
B
B
F
6
1
8
7
1
7
биты
Рис. 5.3 – Формат заполняющей СЕ
Примечание: LSSU и FISU не имеют собственных порядковых
номеров и у них в поле FSN передается номер последней переданной MSU.
5.2 Алгоритм установления базового соединения в
связанном режиме
Рассмотрим случай связи двух терминалов ISDN, причем
тракт передачи информации проходит через три узла коммутации: А, В и Б. На абонентских участках используется цифровая
абонентская сигнализация EDSS-1 сети ISDN, на межстанционных – ОКС №7 (подсистема ISUP) (рис. 5.4).
При снятии абонентом микротелефонной трубки, из терминала формируется зуммер «Готовности», абонент набирает
номер абонента Б. Сигнализацией EDSS-1 передается сообщение «Setup», в котором включены номера абонентов А и Б, признаки услуги, требования к среде передачи, характеристики
терминала и т.д.
При поступлении сообщения «Setup» станция А проключает разговорный канал (РК) в обратном направлении для возможности передачи абоненту А тональных и информационных
сообщений (на рис. 5.4 это обозначено закрашенным сегментом
на станции А в сторону вызывающего абонента).
Станция А определяет по номеру абонента Б направление
исходящей связи. В этом направлении выбирается свободный
разговорный канал (РК1), который занимается. Определяется,
что в данном направлении используется сигнализация ОКС №7.
Передается управление программному обеспечению подсистемы ISUP. Подсистема ISUP формирует сообщение IAM 1
(начальное адресное сообщение).
66
Рис. 5.4 – Установление и разъединение базового соединения
(связанный режим)
67
КПВ
КПВ
аб.А
Disconnect
Connect
Alerting
Setup
EDSS1
SPA
ст.А
SPВ
ст.В
OPC  Б 


DPC  В 
ANM1 

CIC  2 
OPC  Б 


ACM1  DPC  В 
CIC  2 
IAM2
CIC  1 


RLC1  DPC  А 
OPC  В 


OPC  В
 DPC  А 
REL1 CIC  1 



CV  16
OPC  В 


 DPC  Б 
CIC  2 


ЗС2
РК 2
RLC2
OPC  Б 


 DPC  В 
CIC  2 


OPC  Б
 DPC  В 


REL2 CIC  2 



CV  16
Разговор/передача данных
OPC  В 


ACM2  DPC  А 
CIC  1 


OPC  В 


ANM2  DPC  А 


CIC  1 
OPC  A 


IAM1 DPC  B 
CIC  1 
ЗС1
РК 1
ISUP
SPБ
ст.Б
Disconnect
Answer
Alerting
Setup
EDSS1
З
ПВ
аб.Б
На основании таблиц маршрутизации определяется код
пункта назначения DPC=В. Подсистема MTP на 3 уровне по
данному коду DPC выбирает звено сигнализации в требуемом
направлении.
Пункт сигнализации В, получив сообщение IAM 1, по коду DPC определяет принадлежность сигнальной информации
данному пункту и подсистема MTP-3 передает поступившее сообщение в подсистему ISUP.
Подсистема ISUP передает информацию об услуге и о номере абонента Б в телефонное программное обеспечение (ТПО).
Это ТПО, проанализировав номер абонента Б, определяет, что
соединение транзитное, находит и занимает в требуемом
направлении разговорный канал РК2. В коммутационном поле
станции В РК1 проключается с РК2 (показано на рис. 5.4 закрашенными сегментами в обе стороны на ст. В). Передается
управление подсистеме ISUP, которая формирует сообщение
IAM 2 и передает его в подсистему МТР. Подсистема MTP осуществляет передачу этого сообщения по звену сигнализации
ЗС2.
На входящей станции Б сообщение IAM 2 принимается
подсистемой MTP, передается в ISUP и далее - в телефонное
программное обеспечение. По данным, хранящимся в памяти
станции Б, проверяется свободен ли абонент Б и может ли он
реализовать требуемую услугу. Если абонент свободен Б, то в
его терминал высылается сообщение «Setup» сигнализацией
EDSS-1 с информацией о требуемой услуге. У абонента Б включаются сигнал «Посылка вызова» в терминалах, соответствующих запрашиваемой услуге.
Терминалы передают на станцию сообщение «Аlerting»
(контроль посылки вызова), указывающее на возможность соединения. При получении хотя бы одного сигнала «Аlerting»,
станция Б передает сообщение подсистеме ISUP и она формирует сообщение ACM 1 (адрес полный) с кодом DPC=В. Это сообщение приходит на пункт сигнализации В, анализируется
подсистемой ISUP и далее передается сообщение ACM 2 с кодом DPC=А в звено сигнализации к пункту А.
На станции А по этому сообщению в сторону абонента
передается сообщение EDSS-1 «Аlerting», по которому в терминале А включается зуммер «Контроль посылки вызова».
При снятии абонентом Б телефонной трубки из терминала
посылается сообщение EDSS-1 «Аnswer» (ответ). У остальных
терминалов сигнал «Посылка вызова» сбрасывается. При получении этого сообщения разговорный тракт на станции Б проключается в обе стороны и передается сообщение ANM 1 (ответ).
В пункте В это сообщение принимается подсистемой
ISUP, которая формируется сообщение ANM 2 и передает ее в
сторону пункта А. На станции А разговорный тракт проключается в обе стороны и в сторону абонента А сигнализацией
EDSS-1 посылается сообщение «Сonnect» (соединение). Соединение переходит в стадию разговора.
При отбое абонента А посылается сообщение EDSS-1
«Disconnect» (разъединение). На станции А разговорный тракт
освобождается, на станцию В посылается сообщение REL 1
(освобождение). В этом сообщении указывается код причины
CV=16 (нормальное освобождение). Пункт сигнализации В передает подтверждение в пункт А – RLC 1 (освобождение сделано), в коммутационном поле проключенное соединение освобождается.
Пункт сигнализации В передает на пункт Б сообщение
REL 2, оно подтверждается также сообщением RLC 2 в обратном направлении. На станции Б освобождается разговорный канал в обратном и прямом направлениях.
Выводы по разделу 5
1. В звене сигнализации ОКС№7 передаются 3 типа сигнальных единиц: значащая MSU (переносит сигнальную информацию), состояния звена LSSU (используется для техобслуживания МТР) и заполняющая FISU (передается в звено всегда,
когда нет на передачу MSU и LSSU).
2. Форматы MSU, LSSU и FISU имеют 7 одинаковых полей (F, BSN, BIB, FSN, FIB, LI, CK). Самый длинный формат – у
69
значащей СЕ, она содержит дополнительно поле сигнальной
информации SF.
3. При установлении базового соединения подсистема
ISUP в прямом направлении передает сообщение «Начальный
адрес» IAM, с обратной стороны передаются сообщения «Адрес
полный» ACM и «Ответ» ANM.
4. При разрушении базового соединения подсистемой
ISUP со стороны отбившего абонента передается сообщение
«Освобождение» REL, которое подтверждается сообщением
«Освобождение выполнено» RLC с обратной стороны.
Вопросы для самопроверки по разделу 5
1. Сколько типов сигнальных единиц используется в ОКС№7?
Чем они отличаются и когда используются?
2. Каково назначение флага? Что такое битстаффинг?
3. Как будут переданы в звено ОКС№7 кодовые комбинации
01111111 и 11111000?
4. Чем отличается использование индикатора длины в международных и в национальных сетях ОКС№7
5. Укажите содержимое индикатора службы SIO при передаче
№7 сигнальной информации подсистемы ISUP в международной сети ОКС.
6. В каких случаях передаются сигнальные единицы состояния
звена LSSU? Какие состояния звена сигнализации они могут
указать?
7. Передается ли что-то по исправному звену сигнализации, когда станция не обслуживает ни один вызов?
8. Какую функцию выполняют заполняющие сигнальные единицы FISU?
9. Какие сигнальные единицы имеют собственные порядковые
номера?
10. С чего начинается процесс установления базового соединения подсистемой ISUP? Какое сообщение и с какой этикеткой
маршрутирования передается при этом?
11. Поясните, как подсистема ISUP извещает противоположную сторону о том, что:
70
 абонент Б вызывается;
 абонент Б ответил на вызов;
 абонент А или Б произвел отбой.
12. Поясните, когда и как коммутируются разговорные каналы
при установлении и разрушении соединения подсистемой ISUP.
13. Каким образом на противоположную сторону передается
причина разрушения соединения?
14. Изобразите стрелочные диаграммы обмена сообщениями
ISUP для следующих исходов соединения:
 отбой со стороны абонента Б;
 занятость абонента Б;
 абонент Б не отвечает и абонент А отбивает.
71
6 СЕТИ СВЯЗИ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ NGN
Цель раздела: изучение общих принципов и архитектуры, а также классификации оборудования мультисервисных сетей связи
следующего поколения NGN.
6.1 Причины перехода к новым сетям связи
В конце 20 века в телекоммуникационных сетях стали
проявляться признаки конвергенции – возникновение сходства в
структуре сетей связи, в используемых ими аппаратнопрограммных средствах и в совокупности услуг, предоставляемых абонентам.
Для справки: «конвергенция» (convergo, лат.) – приближаюсь, схожусь (в отличие от integro – объединение).
Конвергенция структур сетей выражается в использовании на различных уровнях сетей электросвязи (междугородных,
внутризоновых, местных) одинаковых кольцевых топологий,
обеспечивающих
эффективное
использование
линейнокабельных сооружений и повышенную живучесть сети.
Конвергенция технических средств сетей электросвязи
привела к созданию универсальных коммутационных систем,
систем передачи и волоконно-оптических кабелей, которые могут использоваться также на различных уровнях сети.
В последнее время наблюдается разнообразная конвергенция услуг связи. Так речь передается не только в традиционных
телефонных сетях, но и в сотовых сетях, сетях передачи данных
(включая Интернет). Данные можно передавать не только в специализированных сетях, но и в телефонных сетях (модемная
связь), сотовых сетях. Реализуется мобильность услуг с использованием различных беспроводных технологий (WiFi, WiMAX,
DECT, Bluetooth, сотовые сети, IP-сети и др.).
Конвергенция обеспечивает пользователю:
 весь набор услуг с одного терминала;
 включение терминала в одну сеть;
 единый договор с оператором на весь комплекс услуг;
 экономию средств на получение набора услуг;
72
 возможность управления услугами.
Конвергенция обеспечивает оператору сети связи:
 единую службу эксплуатации сети;
 повышение эффективности использования сетевых ресурсов;
 расширение набора предоставляемых сетью услуг;
 повышение гибкости сети;
 повышение конкурентоспособности и привлекательности услуг для пользователей.
Все эти аспекты конвергенции в телекоммуникациях
неизбежно приводят к необходимости и возможности реализации сетей электросвязи на базе новых архитектурных принципов, т.е. требуют смены «парадигмы» (совокупности фундаментальных научных установок, представлений и терминов) телекоммуникаций и переходу к инфокоммуникациям.
В начале 21 века сложились объективные причины перехода к новым сетям электросвязи:
1. Повсеместно наблюдается миграция речевых услуг из
фиксированной сети в мобильные сети 2G/3G.
2. Все большую долю в фиксированных сетях занимает
передача данных (прежде всего трафика Интернет), однако, если
не развивать новые IP-услуги, передача данных не будет приносить операторам связи существенного дохода.
3. Доход от речевых услуг все еще занимает основную
часть доходов традиционных операторов, однако, речевые услуги все больше переходят в IP-сети.
4. Качество услуг передачи речи по технологиям IP и
TDM все больше сближается, абонентов интересуют услуги, а
не технологии их предоставления.
Одна из главных причин появления новых сетей связи –
завершение жизненного цикла эксплуатируемых цифровых
коммутационных станций телефонной сети и желание не заменять их такими же станциями, а радикально модернизировать
всю телефонную сеть. Возможности, открывшиеся в связи с
бурным развитием Интернета, определили основные принципы
и подходы к построению таких новых сетей.
73
6.2 Определение сети NGN
Базовые положения сетей следующего поколения NGN
(Next Generation Networks) прописаны в Рекомендациях МСЭ-Т
(ITU-T) серии Y.2ххх. Так определение сети NGN приведено в
Рекомендации МСЭ-Т Y.2001:
«Сеть следующего поколения NGN – это сеть на базе пакетов, которая способна предоставлять услуги/службы электросвязи и предоставлять возможность использовать несколько
широкополосных, обеспечивающих качество обслуживания
транспортных технологий и в которой функции, относящиеся к
службам, независимы от нижележащих технологий, относящихся к транспортировке.
Она обеспечивает свободный доступ для пользователей,
по их выбору, к сетям и к конкурирующим поставщикам служб
и/или к службам/услугам.
Она поддерживает подвижность, которая будет давать
возможность постоянного и повсеместного обеспечения служб и
услуг для пользователей».
Основная цель сети NGN – облегчение конвергенции сетей и конвергенции услуг/служб.
Основные характеристики NGN:
1. Передача любого вида информации в сети с использованием пакетных методов передачи и коммутации.
2. Представление неограниченного набора услуг.
3. Гибкие возможности по управлению услугами, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений.
4. Реализация универсальной транспортной пакетной
сети с распределенной коммутацией.
5. Вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы
6. Универсальная мобильность услуг и пользователей.
7. Интеграция с традиционными сетями связи.
Следует учитывать, что в отличие от технологии сетей
ISDN в мультисервисной сети NGN отсутствует требование об
ограничении набора стандартных интерфейсов пользователя.
74
6.3 Архитектура сети NGN
В Рекомендации МСЭ-Т Y.2011 определены 4 основных
функциональных уровня в архитектуре сетей NGN (рис. 6.1).
Уровень услуг
Уровень управления
Транспортный уровень
Уровень доступа
Пользователи услуг сети NGN
Рис. 6.1 – Архитектура сети NGN
1. Уровень доступа, содержащий различные сети абонентского доступа к транспортной пакетной сети. Для доступа
абонентов к услугам NGN могут использоваться разнообразные
проводные и беспроводные технологии, включая доступ по телефонным линиям, технологии xDSL, оптические и комбинированные технологии (FTTх, хPON, HFC и др.), беспроводные
технологии (сотовые 2G/3G/4G, WiFi, WiMAX, WLL и др.),
спутниковые технологии и др.
2. Транспортный уровень включает магистральную пакетную сеть, обеспечивающую широкополосную передачу информации с поддержкой гарантированного качества QoS. В состав транспортной пакетной сети NGN входят транзитные узлы,
выполняющие функции переноса и коммутации (коммутаторы,
маршрутизаторы, пограничные контроллеры сессий SBC), око-
75
нечные (граничные) узлы, обеспечивающие подключение различных сетей доступа, шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей (телефонных, сотовых и др.).
3. Уровень управления вызовами/соединениями реализует
совокупность функций по управлению всеми процессами в телекоммуникационной сети и содержит управляющие устройства
(контроллеры), выполняющие функции обработки информации
сигнализации, управления вызовами и соединениями. В первом
поколении сетей NGN для реализации функций уровня управления использовались аппаратно-программные средства, выполняющие функции контроллеров медиашлюзов и именуемые гибкими коммутаторами (Softswitch). В дальнейшем в сетях NGN
(прежде всего мобильных) стали использоваться подсистемы
передачи мультимедийных сообщений IMS (IP Multimedia Subsystem).
4. Уровень услуг и эксплуатационного управления, который содержит логику выполнения услуг и/или приложений и
управляет этими услугами, имеет открытые интерфейсы для использования сторонними организациями (для разработки программ и новых услуг). Уровень содержит различные серверы
приложений, серверы дополнительных услуг, LDAP-серверы,
базы данных, порталы, медиатеки и др.
Существующие сети связи (телефонные, телеграфные, сотовые и др.) имели вертикальные архитектуры с отдельными
подсистемами для передачи, соединений, маршрутизации и
услуг: для предоставления различных услуг (телефонная связь,
передача видео, данных) предназначены отдельные сети (рис.
6.2). В отличие от традиционных сетей, сети следующего поколения NGN характеризуются открытой архитектурой и горизонтальной взаимосвязью на различных уровнях, при этом используется единая транспортная пакетная сеть и единое управление.
Сети NGN 1-го поколения были ориентированы в основном на
услуги фиксированных сетей и управление в них осуществлялось с помощью гибких коммутаторов (softswitch). Сети NGN 2го поколения предоставляют также мобильные услуги и управляются с помощью подсистем IMS.
76
GSM
ТфОП Internet
TV
GSM/3G
ТфОП/ Internet
IP-TV
VoIP
VoIP
IP-TV
3G/4G
Internet+
Приложения/
услуги
Гибкий
коммутатор
(Softswitch)
Управление
сеансами
связи
Подсистема
IMS
Транспорт
Сети
доступа и
терминалы
Сеть NGN 1-го поколения
Традиционные сети связи
Сеть NGN 2-го поколения
Рис. 6.2 – Переход к сетям связи следующего поколения
6.4 Классификация оборудования NGN
В настоящее время выпускается обширный класс фирменных
аппаратно-программных решений (платформ) для реализации
сетей NGN. Эти мультисервисные платформы содержат разнообразное оборудование, которое можно классифицировать по
выполняемым сетевым функциям в соответствии с ранее рассмотренными четырьмя уровнями сетей NGN (рис. 6.2).
Оборудование технологии NGN
Оборудование
управления
вызовом и
коммутацией
Гибкий
коммутатор
(Softswitch/SX)
АТС с
функциями
контроллера
шлюзов
Терминальное
оборудование
Шлюзы
Серверы
приложений
Сигнальный шлюз
(Signaling
Gateway, SG)
SIP-терминал
Транспортный
(медиа) шлюз
(Media Gateway,
MG)
H.323-терминал
Шлюз доступа
(Access Gateway,
AGW)
MEGACO-терминал
Резидентный
шлюз доступа
(Residental Access
Gateway, RAGW)
Интегрированное
устройство доступа
(Integrated Access
Device, IAD)
Рис. 6.2 – Классификация типов оборудования NGN
77
АТС с функциями контроллера шлюзов использовались на
первых этапах внедрения сетей NGN и в настоящее время не
находят широкого применения. Они были разработаны на базе
выпускавшихся ранее цифровых АТС путем включения в них
блоков сопряжения с пакетной сетью и соответствующего ПО в
системе управления.
Гибкие коммутаторы (Softswitch)
Гибкий коммутатор ГК (softswitch) является главным и
обязательным компонентом в любой сети NGN первого поколения. По своей сути ГК – это вычислительное устройство с соответствующим программным обеспечением и высокой степенью
доступности. Однако, несмотря на присутствие в названии слова
«коммутатор», оно в действительности не выполняет никаких
коммутирующих функций. К ГК перешли многие из задач
управления соединениями, ранее выполнявшиеся его предшественником - привратником GK (GateKeeper) в сети стандарта
Н.323, который управлял всем оборудованием для обслуживания мультимедийных соединений в зоне своей ответственности.
Управление вызовами в сети NGN в типичном случае включает
маршрутизацию вызовов, аутентификацию пользователя, установление и разрыв соединения, сигнализацию и другие задачи.
В качестве посредника гибкий коммутатор должен «понимать»
как протоколы сигнализации в телефонных сетях (ОКС№7), так
и протоколы управления передачей информации в пакетных
сетях. Гибкий коммутатор является основным устройством, реализующим функции уровня управления коммутацией в архитектуре сети NGN.
Все гибкие коммутаторы ГК (softswitch) в зависимости от
выполняемых сетевых функций подразделяются на два класса:
класса 4 и класса 5. Такое деление взято по аналогии с исторически сложившейся классификацией узлов коммутации на телефонных сетях связи Северной Америки. На этих сетях транзитные узлы коммутации без прямого подключения абонентских
линий (типа международных и междугородных телефонных
станций и транзитных узлов коммутации на местных сетях) относятся к узлам класса 4. А все оконечные узлы с абонентским
78
подключением принадлежат к классу 5. Исходя из данного подхода ГК класса 4 предназначен для маршрутизации и распределения вызовов в IP-сетях на магистральном (междугородном/международном/местном) уровне, обеспечивая тем самым
транзит трафика.
Фундаментальным отличием ГК 5 класса является возможность работы непосредственно с оконечными абонентами
сети и предоставление им как основных телефонных и мультимедийных услуг, так и дополнительных видов обслуживания
(ДВО) таких удержание и перевод вызовов, трехсторонние конференции и т.д.
В категорию гибких коммутаторов попадают разные по
функциональности решения. Так под продуктом «softswitch»
чаще всего понимают контроллер медиашлюзов MGW (Media
Gateway Controller) или устройство управления вызовами CA
(Call Agent) или сервер вызовов CS (Call Server). Несмотря на
все их различия, они выполняют главную функцию ГК: реализованное программным способом управление соединениями для
передачи трафика пользователей в сети NGN, поступающего от
шлюзов или непосредственно от пакетных абонентских
устройств. С другой стороны часто в состав фирменного решения гибкого коммутатора кроме контроллера/устройства управления/сервера входит и различное шлюзовое оборудование: медиашлюзы, сигнальные шлюзы, прокси-серверы SIP, серверы
аутентификации, авторизации и учета AAA (Authentication,
Authorization, Accounting) и др. Одна из возможных структурных схем ГК приведена на рис. 6.3.
Главными и обязательными элементами любого ГК является сервер управления вызовами (call server) и/или контроллер
медиашлюзов MGC, которые обеспечивают реализацию основной функциональности ГК – управления соединения в сети
NGN. Обязательным также является оборудование подключения
к пакетной сети (на рис. 6.3 – порты Ethernet). Остальные функциональные блоки, изображенные на рисунке, являются необязательными (например, порты ТфОП используются только при
включении в состав ГК транзитного медиашлюза).
79
Серверы
приложений
Внешние GK
и ААА сервер
Гибкий коммутатор (softswitch)
Гейткипер
H.323 (GK)
ТфОП
Порты
Е1
Сервер AAA
Проксисервер SIP
Управление вызовами
(Call control)
Контроллер
медиашлюзов
(MGC)
Функции
интерфейса
H.323
Функции уровней
адаптации MxUA/
V5UA/IUA
Функции
интерфейса
SIP
Порты Ethernet
Пакетная сеть
Рис. 6.3 – Структурная схема гибкого коммутатора
Шлюзы
Шлюзы (Gateways) – устройства доступа пользователей к
сети NGN и сопряжения ее с существующими сетями. Оборудование шлюзов реализует функции по преобразованию сигнальной информации сетей с коммутацией каналов в сигнальную
информацию пакетных сетей, а также функции по преобразованию информации транспортных каналов TDM в IP-пакеты и их
маршрутизацию. Шлюзы функционируют на транспортном
уровне NGN, хотя их можно отнести и к сетям доступа.
Для реализации возможности подключения к сети NGN
различных видов оборудования ТфОП используются различные
виды шлюзового оборудования (см. рис. 6.2):
80
 медиа (транспортный) шлюз MGW (Media Gateway) –
реализует функции преобразования речевой информации из
формата TDM в пакеты IP и их маршрутизации;
 сигнальный шлюз SGW (Signalling Gateway) – реализует
функции преобразования системы сигнализации ОКС№7 в систему сигнализации пакетной сети SIGTRAN с соответствующим протоколом уровня адаптации (см. следующую лекцию);
 транкинговый (транзитный) шлюз TGW (Trunking
Gateway) – совместная реализация функций шлюзов MG и SG;
 шлюз доступа AGW (Access Gateway) – реализует
функции MGW и SGW для оборудования доступа (чаще всего
УПАТС или абонентские модули/концентраторы сетей TDM),
подключаемого через интерфейсы Е1 или V 5.х;
 резидентный шлюз доступа RAGW (Residential Access
Gateway) – реализует функции непосредственного (абонентского) подключения пользователей, использующих терминальное
оборудование ТфОП/ISDN, к сети NGN.
На уровне приложений в сети NGN используются разнообразные аппаратно-программные решения:
 сервер приложений AS (Appication Server);
 медиа сервер (Media Server);
 сервер сообщений (Message Server);
 система управления и конфигурирования O&M;
 система оперативно-розыскных мероприятий (СОРМ);
 системы биллинга и др.
Терминальные устройства, используемые для предоставления голосовых и мультимедийных услуг связи и предназначенные для работы в пакетных сетях. Существует два основных
типа терминальных устройств, предназначенных для работы в
пакетных сетях: SIP-терминалы и Н.323-терминалы. Данное
оборудование может иметь как специализированное аппаратное
(standalone), так и программное исполнение (softphone).
Еще одним видом терминального оборудования являются
устройства интегрированного доступа IAD (Integrated Access
Device). IAD обеспечивает подключение терминального оборудования сетей ТфОП (аналоговые телефонные аппараты) и тер-
81
минального оборудования сетей передачи данных. В IAD реализуются функции по преобразованию протоколов сигнализации
ТфОП в протоколы пакетных сетей (SIP/H.323) и преобразованию потоков пользовательской информации между сетями с
коммутацией каналов и пакетными сетями.
Выводы по разделу 6
1. Традиционные сети связи имели вертикальную архитектуру и предоставляли в основном один вид услуг (моносервисные сети).
2. В последнее время различные сети связи объединяются
на базе единой пакетной транспортной IP-сети.
3. Сети связи следующего поколения NGN являются
мультисервисными и приходят на смену различным традиционным сетям связи.
4. Сети NGN имеют горизонтальную 4-х уровневую архитектуру, включающую уровни сетей доступа, пакетной транспортной сети, управления соединениями/коммутацией и приложений.
5. Основным оборудованием сетей NGN являются гибкие
коммутаторы (softswitch), различные виды шлюзов, терминальное оборудование и серверы приложений.
Вопросы для самопроверки по разделу 6
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Что такое конвергенция и как она проявляется в телекоммуникациях?
Что дает конвергенция пользователям услуг связи?
Что дает конвергенция операторам сетей связи?
Каковы основные объективные причины перехода к сетям
NGN?
Дайте определение сети NGN и поясните основные ее характеристики.
Какие уровни содержит архитектура сетей NGN? Поясните
их назначение.
82
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Сравните архитектуры традиционных сетей связи и сетей
NGN разных поколений.
Поясните классификацию оборудования сетей NGN.
Что такое гибкий коммутатор? Что он коммутирует?
Какие классы гибких коммутаторов бывают и в чем их отличие?
Поясните назначение основных функциональных блоков
гибкого коммутатора.
Для чего предназначены шлюзы в сетях NGN?
Какие виды шлюзов сетей NGN бывают и в чем их отличие?
Какие терминальные устройства и как могут быть подключены к сети NGN?
83
7 ПРОТОКОЛЫ СЕТЕЙ NGN
Цель раздела: изучение общих принципов базовых протоколов,
используемых в сетях следующего поколения NGN .
7.1 Классификация протоколов NGN
Все протоколы, используемые в сетях NGN, можно разделить на три основных класса:
1) протоколы передачи пользовательской (мультимедийной) информации – пакетные протоколы сети IP;
2) протоколы сигнализации, используемые для управления
и взаимодействия различных узлов сети NGN в процессе обслуживания вызовов/сессий;
3) служебные протоколы, используемые для различных
вспомогательных целей (аутентификации и авторизации пользователей, технического обслуживания и др.).
7.2 Протоколы пакетной передачи пользовательской
информации
Базовым протоколом транспортного уровня для передачи
пользовательской информации в сетях NGN является протокол
управления передачей ТСР (Transmission Control Protocol), который обеспечивает гарантированную доставку пользовательской
информации. Этот протокол используется для передачи данных,
не чувствительным к задержкам (например, для работы в Интернет).
Однако для IP-сетей характерны временные задержки и
вариация задержки пакетов (джиттер), которые могут серьезно
исказить информацию, чувствительную к задержке, например
речь и видеоинформацию, сделав ее абсолютно непригодной для
восприятия. Для передачи трафика реального времени в IP-сетях
используется протокол передачи в реальном времени RTP (Realtime Transport Protocol), который работает на транспортном
84
уровне. Протокол был разработан IETF и впервые опубликован
в 1996 году как RFC 1889, в 2003 году заменён на RFC 3550.
Протокол RTP переносит в своём заголовке данные, необходимые для восстановления голоса или видеоизображения в
приёмном узле, а также данные о типе аудио или видео кодека.
В заголовке данного протокола, в частности, передаются временная метка и номер пакета. Установление и разрыв соединения не входит в список возможностей RTP, такие действия выполняются сигнальным протоколом (например, RTSP или SIP
протоколом).
Передача пакетов RTP обычно ведется поверх протокола
UDP, работающего, в свою очередь, поверх IP (рис. 7.1). Протокол передачи пользовательских дейтаграмм – User Datagram
Protocol (UDP) обеспечивает негарантированную доставку данных, т.е. не требует подтверждения их получения; кроме того,
данный протокол не требует установления соединения между
источником и приемником информации, как протокол ТСР.
Рис. 7.1 - Стек протоколов RTP/UDP/IP
Доставка RTP-пакетов контролируется специальным протоколом управления передачей в реальном времени RTCP (Real
Time Control Protocol). Основной функцией протокола RTCP
является организация обратной связи приемника с отправителем
информации для отчета о качестве получаемых данных. Протокол RTCP передает сведения (как от приемника, так и от отправителя) о числе переданных и потерянных пакетов, значении
85
джиттера, задержке и т.д. Эта информация может быть использована отправителем для изменения параметров передачи,
например для уменьшения коэффициента сжатия информации с
целью улучшения качества ее передачи.
7.3 Протоколы сигнализации в сети NGN
Протоколы сигнализации в сети NGN используются,
прежде всего, гибким коммутатором ГК (softswitch), который
управляет обслуживанием вызовов, т.е. установлением и разрушением пользовательских соединений для передачи медиатрафика в пакетной сети. Кроме этого ГК осуществляет управление
работой медиашлюзов и координацию обмена сигнальными сообщениями между сетью NGN и другими сетями.
Рис. 7.2 – Протоколы, используемые гибким коммутатором
86
Основные типы протоколов сигнализации, которые использует гибкий коммутатор (softswitch) в сети NGN (рис. 7.2):
1) сигнализация для управления соединениями в пакетной
сети (протоколы Н.323, SIP, SIGTRAN);
Примечание: В некоторых фирменных решениях в состав
оборудования гибкого коммутатора входит встроенный сигнальный шлюз, поэтому он может поддерживать и системы сигнализации сетей TDM – ОКС№7, цифровую абонентскую сигнализацию EDSS-1 первичного доступа PRI сети ISDN, протокол абонентского доступа через интерфейс V5, российскую сигнализацию 2ВСК+МЧК (R 1,5).
2) сигнализация для взаимодействия гибких коммутаторов (softswitch) между собой (протоколы SIP-I, SIP-T, BICC);
3) сигнализация для управления медиашлюзами (протоколы MGCP, H.248/MEGACO).
Протокол Н.323
Для построения сетей IP-телефонии первой стала рекомендация МСЭ-Т H.323, которая фактически является первой
спецификацией систем мультимедийной связи для работы в сетях с коммутацией пакетов, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания. Н.323 фактически является семейством протоколов, реализующим необходимые функции управления мультимедийной связью. В него входят стандарты ITU-T
H.245, Н.225.0, RAS, G.7хх, Н.2хх, Т.120.
Основными устройствами сети Н.323 являются (рис. 7.3):
1. Терминал H.323 – оконечное устройство сети IPтелефонии, обеспечивающее двухстороннюю речевую или
мультимедийную связь с другим терминалом, шлюзом или
устройством управления конференциями. В отличие от
устройств телефонных сетей, устройства Н.323 не имеют жестко
закрепленного места в сети, а подключаются к любой точке IPсети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой
зоной управляет привратник.
2. Шлюз является соединяющим мостом между телефонной сетью (ТфОП) и сетью IP. Основная функция шлюза — пре-
87
образование речевой (мультимедийной) информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации, подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование. Кроме того,
шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию по 2ВСК и сообщения систем сигнализации DSS-1 и OKC№7 в сигнальные сообщения Н.323.
Рис. 7.3 – Структура сети Н.323
3. Привратник – выполняет функции управления зоной
сети IP-телефонии, в которую входят терминалы и шлюзы, зарегистрированные у данного привратника.
В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят:
1. Преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP-адрес и номер
порта RTP);
2. Контроль доступа пользователей системы к услугам IPтелефонии при помощи сигнализации RAS (Registration,
Admission and Status);
88
3. Контроль, управление и резервирование пропускной
способности сети;
4. Маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне.
Привратник также обеспечивает для пользователя возможность получить доступ к услугам любого терминала в любом месте сети и способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении из одного места в другое.
Протокол SIP
Вторым вариантом построения сетей NGN стал протокол
инициирования сеансов SIP (Session Initiation Protocol). Он разработан комитетом IETF (Internet Engineering Task Force) и описан в документе RFC 2543. SIP является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и
завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации, в основу которого заложены следующие принципы:
 персональная мобильность пользователей (пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится);
 масштабируемость сети (характеризуется в первую
очередь возможностью увеличения количества элементов сети
при ее расширении);
 расширяемость протокола (возможность дополнения
протокола новыми функциями при введении новых услуг и его
адаптации к работе с различными приложениями)
Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом H.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с
системами сигнализации ТфОП – DSS-1 и ОКС№7.
Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве
транспорта могут применяться протоколы Х.25, Frame Relay,
АТМ AAL5, IPX и др. Структура сообщений SIP не зависит от
выбранной транспортной технологии, но предпочтение отдается
89
технологии IP и протоколу UDP. Пример построения сети SIP
представлен на рис. 7.4.
Рис. 7.4 – Пример построения SIP-сети
Сеть SIP содержит следующие основные элементы.
1. Агент пользователя (User Agent) является приложением терминального оборудования и включает в себя две составляющие: клиент агента пользователя UAC (User Agent Client) и
сервер агента пользователя UAS (User Agent Server), иначе
называемые клиент и сервер. Клиент UAC инициирует SIPзапросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и отвечает на них, т.е. выступает в
качестве вызываемой стороны. Запросы могут передаваться не
прямо адресату, а на некоторый промежуточный узел (проксисервер и сервер переадресации).
2. Прокси-сервер (proxy server) принимает запросы, обрабатывает их и отправляет дальше на следующий сервер, который может быть как другим прокси-сервером, так и последним
UAS. Таким образом, прокси-сервер принимает и отправляет
90
запросы и клиента, и сервера. Приняв запрос от UAC, проксисервер действует от имени этого UAC.
3. Сервер переадресации (redirect server) передает клиенту
в ответе на запрос адрес следующего сервера или клиента, с которым первый клиент связывается затем непосредственно. Таким образом, этот сервер просто выполняет функции поиска текущего адреса пользователя.
4. Сервер местоположения (location server) – база адресов, доступ к которой имеют SIP-серверы, пользующиеся ее
услугами для получения информации о возможном местоположении вызываемого пользователя. Приняв запрос, сервер SIP
обращается к серверу местоположения, чтобы узнать адрес, по
которому можно найти пользователя. В ответ тот сообщает либо
список возможных адресов, либо информирует о невозможности
найти их.
Более подробно протокол SIP будет рассмотрен в следующих лекциях.
Протокол MGCP
Рабочая группа MEGACO комитета IETF разработала
протокол управления шлюзами MGCP (Media Gateway Control
Protocol). В основе протокола MGCP лежит принцип декомпозиции, согласно которому шлюз разбивается на следующие
функциональные блоки (рис. 7.5):
Рис. 7.5 – Архитектура сети на базе протокола MGCP
91
1) медиа (транспортный) шлюз (Media Gateway) – выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP:
кодирование и упаковку речевой информации в пакеты
RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование;
2) устройство управления (Call Agent) – выполняет функции управления шлюзами;
3) шлюз сигнализации (Signaling Gateway) – обеспечивает
доставку сигнальной информации, поступающей со стороны
ТфОП, к устройству управления шлюзом и перенос сигнальной
информации в обратном направлении.
Таким образом, весь интеллект функционально распределенного шлюза размещается в устройстве управления, функции
которого в свою очередь могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами. Шлюз сигнализации
выполняет функции транзитного пункта STP системы сигнализации по общему каналу ОКС№7. Транспортные шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации.
Одно устройство управления обслуживает одновременно несколько шлюзов. В сети может присутствовать несколько
устройств управления. Перенос сообщений протокола MGCP
обеспечивает протокол UDP.
Протокол MGCP использует принцип master/slave (ведущий/ведомый), причем устройство управления шлюзами является ведущим, а транспортный шлюз – ведомым устройством, которое выполняет команды, поступающие от устройства управления. Такое решение обеспечивает масштабируемость сети и
простоту эксплуатационного управления ею через устройство
управления шлюзами. К тому же неинтеллектуальные шлюзы
требуют меньшей производительности процессоров и, как следствие, оказываются менее дорогими.
Различают следующие виды медиашлюзов:
 транзитный (транкинговый) шлюз TGW (Trunking
Gateway) – шлюз для подключения сети NGN к телефонной сети
посредством большого количества цифровых трактов Е1 с использованием системы сигнализации ОКС№7; транзитный
92
шлюз выполняет совместно функции транспортного и сигнального шлюзов;
 шлюз доступа AGW (Access Gateway) – шлюз для подключения к сети NGN небольших учрежденческих АТС через
цифровые интерфейсы Е1 или PRI;
 резидентный шлюз доступа RAGW (Residential Access
Gateway) – шлюз, подключающий к сети NGN аналоговые абонентские телефонные линии, кабельные модемы, линии xDSL и
широкополосные устройства беспроводного доступа.
Протокол MEGACO/H.248
Рабочая группа MEGACO комитета IETF создала более
функциональный по сравнению с протоколом MGCP протокол
MEGACO. Но разработкой протокола управления транспортными шлюзами, кроме комитета IETF, занималась еще и исследовательская группа SG 16 Международного союза электросвязи,
создавшую рекомендацию ITU-T H.248.
Рассмотрим кратко основные особенности протокола
MEGACO/H.248 (так принято обозначать протокол, разработанный параллельно IETF и IETF). Для переноса сигнальных
сообщений MEGACO/H.2488 могут использоваться протоколы
UDP, TCP, SCTP или транспортная технология ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP – одно из обязательных требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP, так же как и технологии ATM, является необязательной.
При описании алгоритма установления соединения протокол MEGACO/H.248 опирается на специальную модель процесса обслуживания вызова, отличную от модели MGCP. Протокол
оперирует с двумя логическими объектами внутри транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми
может управлять контроллер шлюза (рис. 7.6).
Порты являются источниками и приемниками речевой
информации. Определено два вида портов: физические и виртуальные.
93
Физические порты, существующие постоянно с момента
конфигурации шлюза, — это аналоговые телефонные интерфейсы оборудования, поддерживающие одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и сгруппированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1.
Рис. 7.6 – Примеры модели процесса обслуживания вызова в
протоколе MEGACO/H.248
Виртуальные порты, существующие только в течение
разговорной сессии, являются портами со стороны IP-сети (RTPпорты), через которые ведутся передача и прием пакетов RTP.
Контекст – это отображение связи между несколькими
портами, то есть абстрактное представление соединения двух
или более портов одного шлюза. В любой момент времени порт
может относиться только к одному контексту, который имеет
свой уникальный идентификатор. Существует особый вид контекста – нулевой. Все порты, входящие в нулевой контекст, не
связаны ни между собой, ни с другими портами. Например, аб-
94
страктным представлением свободного (не занятого) канала в
модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом
контексте. Порт имеет уникальный идентификатор (Termination
ID), который назначается шлюзом при конфигурации порта.
Например, идентификатором порта может служить номер тракта
Е1 и номер временного канала внутри тракта. При помощи протокола MEGACO контроллер может изменять свойства портов
шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы, которые
включаются в команды управления портами.
Сравнение характеристики сигнальных протоколов NGN
приведено в табл. 7.1.
Таблица 7.1 Основные сигнальные протоколы сети NGN
Протоколы
Характеристики
SIP
H.323
MGCP MEGACO
Назначение Для IPДля IP- коммуника- Для управления
коммуника- ций
транспортными шлюций
зами
Архитектура Peer-to-Peer Peer-to-Peer
Master-Slave
Интеллект
Рассредото- В ядре сети
В ядре сети
чен по элементам сети
Сложность
Простой
Сложный
Простой
Масштабиру- Высокая
Средняя
емость
Тип данных Речь, дан- Речь, данные, видео Управление передачей
ные, видео
речи, данных
QoS
Поддержи- Поддержка диффе- Контроль QoS на
вается
ренцированного
уровне IP
обслуживания
Адресация
Поддержка Поддержка IPЦифровая адресация
IP-адресов и адресов, мультизон- терминалов пользоваимен доме- ная, многодомено- телей, поддержка IPнов, через вая поддержка через адресов и имен домеDNS
привратник
нов для транспортных
шлюзов
95
Протокол BICC
Для взаимодействия гибких коммутаторов (softswitch)
между собой используется протокол, не зависящий от среды
передачи BICC (Bearer Independent Call Control), разработанный
МСЭ-Т. Протокол реализует передачу по сети NGN сигнальных
сообщений прикладной подсистемы ISUP, что облегчает операторам связи переход к сети NGN и обеспечить взаимодействие
новой мультисервисной сети с существующими телефонными и
мобильными сетями.
Архитектура BICC предусматривает, что вызовы будут
входить в сеть и выходить из нее с поддержкой протокола BICC
через интерфейсный узел обслуживания ISN (Interface Serving
Node), предоставляющий сигнальные интерфейсы ISUP-BICC
между сетью ТфОП/ISDN с коммутацией каналов и пакетной
сетью NGN (рис. 7.7).
Также в сети на базе протокола BICC определены:
 транзитный узел обслуживания TSN (Transit Serving
Node) – обеспечивает транзитные возможности в пределах одной сети. Служит для обеспечения возможности предоставления
услуги ТфОП/ISDN внутри своей сети;
 пограничный узел обслуживания GSN (Gateway Serving
Node) – выполняет функции межсетевого шлюза и обеспечивает
соединение двух областей BICC, принадлежащих двум разным
операторам. Это соединение состоит из двух узлов GSN, непосредственно связанных друг с другом.
Рис. 7.7 – Сеть на базе протокола BICC
96
Следует отметить, что вместо протокола BICC более популярным становится модификация протокола SIP – SIP-T, разработанный IETF.
Семейство протоколов транспортировки сигнальной информации SIGTRAN
Семейство протоколов SIGTRAN (Signaling Transport over
IP) предназначено для передачи сообщений различных протоколов сигнализации сетей с коммутацией каналов через сеть с
коммутацией пакетов NGN. В состав SIGTRAN входят протоколы следующих уровней адаптации UA (User Adaptation) (рис.
7.8):
TCAP
Семейство SIGTRAN
V5.2
Q.931
MTP3
MTP3
V5UA
IUA
M2UA
M2PA
SCCP
ISUP
M3UA
TCAP
SUA
SCTP
IP
Рис. 7.8 – Архитектура семейства протоколов SIGTRAN
1) M2UA (MTP2 User Adaptation Layer) – пользовательский уровень адаптации МТР уровня 2 – обеспечивает эмуляцию
одного звена МТР между двумя узлами сети ОКС№7;
2) М2РА (MTP2 Peer-to-Peer Adaptation Layer) – одноранговый пользовательский уровень адаптации уровня МТР2. Различия между М2UA и М2РА определяются их ролями в сетевой
архитектуре: если гибкий коммутатор (softswitch) соединяется с
сетью ОКС№7 просто на правах терминала сигнализации ОКС7,
97
то достаточно применения М2UA. Шлюз SG, который
использует М2РА, сам фактически является транзитным
пунктом сигнализации STP на базе IP, у него есть собственный
код пункта сигнализации (DCP), он может также выполнять
функции сигнализации верхнего уровня, такие как функции
SCCP.
3) M3UA (MTP3 User Adaptation Layer) – пользовательский уровень адаптации МТР уровня 3 – обеспечивает интерфейс с протоколами ОКС№7, которые используют услуги
МТР3, например ISUP и SCCP;
4) SUA (SCCP User Adaptation Layer) – пользовательский
уровень адаптации уровня SCCP – обеспечивает доставку сообщений пользователей подсистемы SCCP средствами сети IP
5) IUA (ISDN User Adaptation Layer) – пользовательский
уровень адаптации сети ISDN – обеспечивает транспортировку
сообщений Q.921/Q.931 протокола сигнализации DSS1 базового
и первичного доступов ISDN;
6) V5UA (V5.2-User Adaptation Layer) – пользовательский уровень адаптации интерфейса V 5.2 – обеспечивает для
стыка V5.2 прозрачную транспортировку сигнальных сообщений по сети IP.
В архитектуру семейства SIGTRAN входит также общий
протокол передачи с управлением потоком SCTP (Stream
Control Transmission Protocol), который обеспечивает транспортировку сообщений сигнализации через сеть IP между двумя
оконечными пунктами, с избыточностью доставки информации
и повышенной степенью надежности. Для этого применяется
стандартизованный метод, отличающийся встраиванием в протокол повышенной надежности доставки в реальном времени
информации от нескольких источников по нескольким информационным потокам.
7.4 Служебные протоколы сетей NGN
Используются для различных вспомогательных целей
(контроля доступа пользователей к услугам, технического обслуживания, биллинга, доступа к приложениям и др.).
98
1. Протоколы авторизации, аутентификации и учета ААА
(Authentication, Authorization, Accounting) – используются для
описания процесса предоставления доступа и контроля за ним:
 Аутентификация – сопоставление персоны (запроса)
существующей учётной записи в системе безопасности. Осуществляется по логину, паролю, сертификату, смарт-карте и т.д.;
 Авторизация (проверка полномочий, проверка уровня
доступа) – сопоставление учётной записи в системе (и персоны,
прошедшей аутентификацию) и определённых полномочий (или
запрета на доступ). В общем случае авторизация может быть
«негативной» (например, конкретному пользователю запрещён
доступ к серверам компании);
 учёт – слежение за потреблением пользователем ресурсов (преимущественно сетевых).
Основные протоколы ААА:
 RADIUS (Remote Authentication in Dial-In User Service)
– использовался для системы тарификации использованных ресурсов оборудованием коммутируемого доступа Dial-Up;
 DIAMETER – сеансовый протокол, созданный для преодоления некоторых ограничений протокола RADIUS. Является
основным протоколом архитектуры IMS.
2. Протоколы технического обслуживания:
 SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой
протокол управления сетями связи на основе архитектуры UDP;
 TR-069 – протокол удаленного конфигурирования, технического обслуживания и управления абонентским оборудованием (например, дистанционная загрузка новой версии ПО в
абонентский терминал).
Выводы по разделу 7
1. Все протоколы, используемые в сетях NGN, можно разделить на три основных класса: протоколы передачи пользовательской (мультимедийной) информации, протоколы сигнализации и служебные протоколы.
99
2. В сетях NGN на базе технологии гибкого коммутатора
(softswitch) для управления различными шлюзами используется
протокол MEGACO/H.248.
3. Наиболее перспективным протоколом сигнализации в
сетях NGN является протокол инициирования сеансов SIP, который используется в фиксированных и мобильных мультисервисных сетях связи (IMS, 4G, 5G).
4. Семейство протоколов SIGTRAN обеспечивает передачу
сообщений разнообразных протоколов сигнализации, обслуживающих соединения сетей с коммутацией каналов, в пакетной
сети на базе протокола IP.
Вопросы для самопроверки по разделу 7
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Как классифицируются протоколы сетей NGN?
Какие протоколы используются в сети NGN для передачи
пользовательской информации, критичной к задержкам?
Что обеспечивает протокол RTP?
Какой транспортный протокол использует протокол RTP и
почему?
Какую основную функцию выполняет протокол RTCP?
Между какими элементами сети NGN используются протоколы сигнализации?
Укажите основные типы протоколов сигнализации, используемые гибкими коммутаторами в сети NGN.
Что обеспечивает семейство протоколов Н.323 и какие протоколы в него входят?
Укажите основные элементы сети Н.323 и их функции.
Перечислите наиболее важные функции привратника.
Для чего предназначен протокол SIP?
Какие принципы положены в основу протокола SIP?
Перечислите основные элементы сети на базе протокола
SIP и укажите их функции.
Какой принцип положен в основу протокола MGCP и в чем
его суть?
Перечислите основные элементы сети на базе протокола
MGCP и укажите их функции.
100
16. Какие бывают виды медиашлюзов и в чем их отличие?
17. Укажите особенности протокола MEGACO/H.248.
18. Что такое порт в протоколе MEGACO/H.248 и какие порты
бывают?
19. Поясните понятие «контекст» в протоколе MEGACO/H.248.
20. Сравните характеристики сигнальных протоколов NGN.
21. Для чего используется протокол BICC?
22. Какие узлы используются в сете на базе протокола BICC?
Укажите их назначение.
23. Что такое SIGTRAN? Каково его назначение?
24. Поясните архитектуру семейства SIGTRAN.
25. Как обеспечивается повышенная надежность доставки сигнальной информации в сети IP при использовании семейства протоколов SIGTRAN?
26. Поясните основные функции протокола SCTP.
27. Когда и как используется протокол M2UA?
28. В чем отличие использования протоколов M2UA и M2РA?
29. В каких случаях используется протокол M3UA?
101
8 ПРОТОКОЛ УСТАНОВЛЕНИЯ СЕАНСА SIP
Цель раздела: изучение общих принципов, форматов запросов и
ответов протокола установления сеанса SIP.
8.1 Базовые принципы протокола SIP
Протокол установления сеанса SIP (Session Initiation
Protocol) – стандарт на способ установления, модификации и
завершения пользовательского сеанса в IP-сети, включающего
обмен мультимедийной информацией (видео- и аудио информация, мгновенные сообщения, онлайн-игры и др.).
Протокол SIP версии 2.0 описан в стандарте IETF RFC
2543 и уточнён в RFC 3261. Протокол SIP утверждён как сигнальный протокол проекта 3GPP и является основным протоколом сетей NGN на базе архитектуры IMS.
В модели взаимодействия открытых систем OSI SIP является протоколом прикладного уровня.
Протокол описывает, каким образом клиентское приложение (например, программный SIP-телефон - софтфон) может
запросить начало соединения у другого физически удалённого
клиента, находящегося в той же сети, используя его уникальное
имя. Протокол определяет способ согласования между клиентами об открытии каналов обмена на основе других протоколов,
которые могут использоваться для непосредственной передачи
информации (например, RTP). Допускается модификация сеанса
связи – добавление или удаление каналов в течение установленного сеанса, а также подключение и отключение дополнительных клиентов (то есть допускается участие в обмене более двух
сторон — конференц-связь). Протокол также определяет порядок завершения сеанса. Клиенты SIP традиционно используют
фиксированный порт 5060 TCP и UDP для соединения элементов SIP-сети. Протокол спроектирован с поддержкой таких базовых телефонных функций как набор номера, вызов телефонного аппарата, звуковое информирование абонента о статусе
вызова.
102
SIP используется вместе с несколькими другими протоколами и участвует только в сигнальной части сеанса связи. SIP
выполняет роль носителя для сообщений протокола описания
сеанса SDP (Session Description Protocol) , который определяет
параметры передачи медиаданных в рамках сессии, например
используемые порты IP и аудио/видео кодеки.
В основу протокола SIP положены следующие принципы:
1. Простота – протокол включает в себя только шесть
типов запросов (было первоначально, сейчас их 14).
2. Независимость от транспортного уровня, SIP может
использовать нижележащие протоколы UDP, TCP, ATM и т.д.
3. Персональная мобильность пользователей. Пользователи могут перемещаться в пределах сети без ограничений. Это
достигается путем присвоения пользователю уникального идентификатора. При этом набор предоставляемых услуг остается
неизменным. О своих перемещениях пользователь сообщает сети с помощью специального сообщения REGISTER.
4. Масштабируемость сети. Структура сети на базе протокола SIP позволяет легко ее расширять и увеличивать число
элементов.
5. Расширяемость протокола. Протокол характеризуется
возможностью дополнять его новыми функциями при появлении новых услуг.
6. Интеграция в стек существующих протоколов Интернет. Протокол SIP является частью глобальной архитектуры
мультимедиа. Кроме SIP, эта архитектура включает в себя протоколы RSVP, RTP, RTSP, SDP.
7. Взаимодействие с другими протоколами сигнализации.
Протокол SIP может быть использован совместно с другими
протоколами IP-телефонии, протоколами ТфОП и для связи с
интеллектуальными сетями.
8.2 Архитектура сети на базе протокола SIP
Протокол SIP имеет клиент-серверную архитектуру (рис.
8.1). Клиент выдаёт запросы, с указанием того, что он хочет получить от сервера. Сервер принимает и обрабатывает запросы,
103
выдаёт ответы, содержащие уведомление об успешности выполнения запроса, уведомление об ошибке или информацию,
запрошенную клиентом.
Рис. 8.1. Архитектура «клиент-сервер»
Обслуживание вызова распределено между различными
элементами сети SIP (рис. 8.2). Основным функциональным
элементом, реализующим функции управления соединением,
является абонентский терминал. Остальные элементы сети могут отвечать за маршрутизацию вызовов, а иногда служат для
предоставления дополнительных сервисов.
Рис. 8.2 Пример сети на базе протокола SIP
В состав сети SIP входят следующие элементы:
1. Терминал.
Когда клиент и сервер реализованы в оконечном оборудовании и взаимодействуют непосредственно с пользователем,
они называются клиентом агента пользователя – UAC (User
104
Agent Client) и сервером агента пользователя UAS (User Agent
Server). Если в устройстве присутствуют и UAC, и UAS, то оно
называется агентом пользователя – User Agent (UA), а по своей
сути представляет собой терминальное оборудование SIP. Сервер UAS и клиент UAC имеют возможность непосредственно
взаимодействовать с пользователем. Другие клиенты и серверы
SIP этого делать не могут.
2. Прокси-сервер.
Прокси-сервер (от англ. proxy – представитель) представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их и, в зависимости от типа запроса, выполняет
определенные действия. Это может быть поиск и вызов пользователя, маршрутизация запроса, предоставление услуг и т.д.
Прокси-сервер состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать собственные запросы и возвращать ответы. Прокси – сервер может быть физически совмещен с сервером определения местоположения (в
этом случае он называется registrar) или существовать отдельно
от этого сервера, но иметь возможность взаимодействовать с
ним по протоколам LDAP (RFC 1777), rwhois (RFC 2167) и по
любым другим протоколам.
3. Сервер переадресации.
Сервер переадресации (redirect server) предназначен для
определения текущего адреса вызываемого пользователя. Вызывающий пользователь передает к серверу сообщение с известным ему адресом вызываемого пользователя, а сервер обеспечивает переадресацию вызова на текущий адрес этого пользователя. Для реализации этой функции сервер переадресации должен
взаимодействовать с сервером определения местоположения.
Сервер переадресации не терминирует вызовы, как сервер
RAS, и не инициирует собственные запросы, как прокси-сервер.
Он только сообщает адрес либо вызываемого пользователя, либо прокси-сервера. По этому адресу инициатор запроса передает
новый запрос. Сервер переадресации не содержит клиентскую
часть программного обеспечения.
105
Но пользователю не обязательно связываться с какимлибо SIP-сервером. Он может сам вызвать другого пользователя
при условии, что знает его текущий адрес.
4. Сервер определения местоположения пользователей.
Пользователь может перемещаться в пределах сети SIP,
поэтому существует механизм определения его местоположения
в текущий момент времени. О том, где он находится, пользователь информирует специальный сервер с помощью сообщения
REGISTER. Возможны два режима регистрации: пользователь
может сообщить свой новый адрес один раз, а может регистрироваться периодически через определенные промежутки времени. Первый способ подходит для случая, когда терминал, доступный пользователю, включен постоянно, и его не перемещают по сети, а второй - если терминал часто перемещается или
выключается.
Для хранения текущего адреса пользователя служит сервер определения местоположения пользователей, представляющий собой базу данных адресной информации. Кроме постоянного адреса пользователя, в этой базе данных может храниться
один или несколько текущих адресов.
Этот сервер может быть совмещен с прокси-сервером (в
таком случае он называется registrar) или быть реализован отдельно от прокси-сервера, но иметь возможность связываться с
ним.
Стоит обратить внимание на то, что вызывающий пользователь, которому нужен текущий адрес вызываемого пользователя, не связывается с сервером определения местоположения
напрямую. Эту функцию выполняют SIP-серверы при помощи
протоколов LDAP (RFC 1777), rwhois (RFC 2167) или других
протоколов.
8.3 Адресация в сети SIP
Для организации взаимодействия с существующими приложениями IP-сетей и для обеспечения мобильности пользователей, протокол SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты. В качестве адресов рабочих станций использу-
106
ются универсальные указатели ресурсов URL (Uniform Resource
Locator), так называемые SIP URL. В начале SIP-адреса всегда
ставится слово sip:, указывающее, что это именно SIP-адрес, так
как бывают и другие, c таким же форматом (например, адреса
электронной почты, обозначаемые mailto:).
Примеры форматов SIP-адресов:
sip: имя@домен (пример: sip: als@rts.loniis.ru);
sip: имя@хост;
sip: имя@IP-адрес
(пример: sip:user1@192.168.100.152);
sip: №телефона@шлюз
(пример: sip: 2947547@gateway.ru).
Адрес состоит из двух частей. Первая часть — имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Если вторая часть идентифицирует какой-либо шлюз, то в
первой указывается телефонный номер абонента. Во второй части адреса указывается имя домена сети, хоста или IP-адрес.
Имена пользователей представляют собой обычные алфавитно-цифровые идентификаторы. В IP-телефонии, как правило,
используют чисто цифровые идентификаторы («номера») для
удобства расширения/замены классических телефонных сетей.
8.4 Формат сообщений протокола SIP
Сообщения протокола SIP (запросы и ответы), представляют собой последовательности текстовых строк, закодированных в соответствии с документом RFC 2279. Важное замечание:
структура и синтаксис сообщений SIP идентичны используемым
в протоколе HTTP.
Сообщения SIP содержат следующие элементы (рис. 8.3):
1. Стартовая строка – начальная строка любого SIPсообщения. Если сообщение является запросом, в ней указывается тип запроса (Method), адресат (Request URI) и номер версии
протокола (SIPO Version). Если сообщение является ответом на
запрос, в ней указывается номер версии протокола, тип ответа и
его короткая расшифровка.
107
2. Заголовки сообщений содержат информацию, необходимую для обработки сообщения (информация об отправителе,
адресате, пути следования и пр.)
3. Пустая строка.
4. Тело сообщения содержит описание сеансов связи. Не
все запросы содержат тело сообщения (например, запрос BYE
тела не имеет). Все ответы обычно содержат тело сообщения, но
содержимое тела в них бывает разным.
Стартовая строка
Заголовок 1
Заголовок 2
….
Заголовок N
Пустая строка
Тело сообщения
Рис. 8.3 – Структура сообщения протокола SIP
В протоколе SIP определено четыре вида заголовков
(табл. 8.1):
1) общие заголовки, присутствующие в запросах и ответах;
2) заголовки содержания, переносят информацию о размере тела сообщения или об источнике запроса (начинаются со
слова «Content»);
3) заголовки запросов, передающие дополнительную информацию о запросе;
4) заголовки ответов, передающие дополнительную информацию об ответе.
108
Таблица 8.1 – Виды заголовков сообщений SIP
Общие
заголовки
Заголовки
содержания
Заголовки запросов Заголовки ответов
Call-ID (идентификатор сеанса
связи)
ContentAccept (принимается) Allow (разрешение)
Encoding (кодирование тела
сообщения)
Contact (контактировать)
Content-Length Accept-Encoding (ме- Proxy-Authenticate
(размер тела
тод кодирования под- (подтверждение
сообщения)
держивается)
подлинности прокси-сервера)
CSeq (последова- Content-Type
тельность ко(тип содержиманд)
мого)
Accept-Language (язык Retro-After (повтоподдерживается)
рить через некоторое время)
Date (дата)
Authorization (автори- Server (сервер)
зация)
Encryption (шифрование)
Hide (скрыть)
Expires (срабатывание таймера)
Max-Forwards (макси- Warning (предупремальное количество
ждение)
переадресаций)
From (источник
запроса)
Organization (организация)
Record-Route (запись маршрута)
Priority (приоритет)
Timestamp (метка
времени)
Proxy-Authorization
(авторизация проксисервера)
То (адресат запроса)
Proxy-Require (требуется прокси-сервер)
Via (через)
Route (маршрут)
Require (требуется)
Response-Key (ключ
кодирования ответа)
Subject (тема)
User-Agent (агент
пользователя)
109
Unsupported (не
поддерживается)
WWW-Authenticate
(подтверждение
подлинности
WWW-сервера)
Поля заголовков SIP-сообщений похожи на поля заголовков HTTP-сообщений по синтаксису и семантике. Заголовок содержит название, за которым, отделенное двоеточием, следует
значение заголовка:
<название заголовка>: <значение заголовка>
В поле значения заголовка содержатся передаваемые данные.
Следует отметить, что в общем случае порядок следования заголовков в сообщении SIP не имеет значения. Однако рекомендуется размещать поля заголовков, которые требуются для
обработки прокси-серверу (например, Via, Route, Record-Route,
Proxy-Require и другие), в начале сообщения для ускорения их
анализа и обработки.
Общий формат для значений заголовка основан на последовательности пар имя параметра – значение параметра, разделённых знаком точка с запятой:
Имя поля: значение поля; имя параметра = значение параметра; имя параметра = значение параметра…
Ниже представлены наиболее часто используемые заголовки.
1) Заголовок Call-ID (Идентификатор сеанса) - уникальный идентификатор сеанса связи или всех регистраций отдельного клиента, он подобен метке соединения (call reference) в
сигнализации DSS-1. Значение идентификатору присваивает
сторона, которая инициирует вызов. Заголовок Call-ID состоит
из буквенно-числового значения и имени рабочей станции, которая присвоила значение этому идентификатору. Между ними
должен стоять символ @, например, 2345call@rts.domen.ru Если
к одной мультимедийной конференции относятся несколько соединений, то все они будут иметь разные идентификаторы CallID.
2) В заголовок Record-route прокси-сервер вписывает свой
адрес - SIP URL, - если хочет, чтобы последующие запросы
прошли через него.
110
3) Заголовок CSeq (Последовательность команд Command Sequence) - уникальный идентификатор запроса, относящегося к одному соединению. Он служит для корреляции запроса с ответом на него. Заголовок состоит из двух частей:
натурального числа из диапазона от 1 до 232 и типа запроса.
Сервер должен проверять значение CSeq в каждом принимаемом запросе и считать запрос новым, если значение CSeq больше предыдущего.
4) Заголовок Via (Через) служит для того, чтобы избежать
ситуации, в которых запрос пойдет по замкнутому пути, а также
для тех случаев, когда необходимо, чтобы запросы и ответы
обязательно проходили по одному и тому же пути (например, в
случае использования межсетевого экрана - firewall). Дело в
том, что запрос может проходить через несколько проксисервером, каждый из которых принимает, обрабатывает и переправляет запрос к следующему прокси-серверу, и так до тех пор,
пока запрос не достигнет адресата. Таким образом, в заголовке
Via указывается весь путь, пройденный запросом: каждый прокси-сервер добавляет поле со своим адресом. Содержимое полей
Via копируется из запросов в ответы на них, и каждый сервер,
через который проходит ответ, удаляет поле Via со своим именем.
5) Заголовок То (К) - определяет адресата сообщения.
Кроме SIP-адреса здесь может стоять параметр для идентификации конкретного терминала пользователя (например, домашнего, рабочего или сотового телефона) в том случае, когда все его
терминалы зарегистрированы под одним адресом SIP URL. Запрос может множиться и достичь разных терминалов пользователя; чтобы их различать, необходимо иметь метку tag. Ее
вставляет в заголовок терминальное оборудование вызванного
пользователя при ответе на принятый запрос.
6) Заголовок From (От) - идентифицирует отправителя запроса; по структуре аналогичен заголовку То.
7) Заголовок Content-Type (Тип тела сообщения) определяет тип тела сообщения, посланного получателю. Заголовок
Content-Type должен входить в сообщение, если тело сообщения
не пустое.
111
8) Заголовок Content-Length указывает отображённый в
десятичном виде размер тела сообщения, посланного получателю, в байтах.
Примеры заголовков сообщений SIP:
Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.com
From: A. Bell <sip: a.g.bell@bell-tel.com>
To: T. Watson <sip: watson@bell-tel.com>
Call-ID: 3298420296@kton.bell-tel.com
Cseq: 1 INVITE
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 349
8.5 Тело сообщений SIP на базе протокола SDP
Протокол описания сессий SDP (Session Description
Protocol) содержит механизм описания характеристик сеанса –
время проведения, требуемые ресурсы и т.д. В протоколе SDP
предусмотрена возможность изменения параметров сеансов в
оперативном режиме.
Сообщения протокола SDP содержат следующие данные:
 информацию о медиапотоках;
 адреса назначения медиапотоков;
 номера UDP портов для отправителя и получателя;
 типы потока;
 медиаформаты, которые могут использоваться во время сессии;
 время начала, завершения и повторов сессии;
 информацию об инициаторе широковещательной сессии.
Тело сообщения SIP в виде текстовой информации протокола SDP можно разделить на 3 категории (табл. 8.2):
1) данные сессии и информация для приема медиапотоков
(адреса и порты) (Session);
2) временные параметры (Time):
3) описание медиаданных, передаваемых в сессии
(Media).
112
Табл. 8.2 Обозначения параметров SDP в теле сообщений SIP
Выводы по разделу 8
1. Протокол инициирования сеанса SIP обеспечивает
установление, модификацию и завершение пользовательского
мультимедийной сеанса в IP-сети.
2. Протокол SIP имеет клиент-серверную архитектуру и
включает набор запросов и ответов на них.
3. В состав сети SIP входят терминалы, проси-серверы,
серверы переадресации и серверы определения местоположения.
4. Все сообщения SIP имеют следующие элементы:
стартовая строка, заголовки, пустая строка и тело сообщения (имеется не у всех сообщений).
Вопросы для самопроверки по разделу 8
1.
2.
3.
4.
Поясните назначение протокола SIP.
На каком уровне модели OSI работает протокол SIP?
Какие принципы положены в основу протокола SIP?
Какую архитектуру имеет протокол SIP? В чем ее суть?
113
5. Какие элементы входят в состав сети SIP?
6. Из каких частей состоит адрес в сети SIP? Приведите примеры адресов SIP.
7. Из каких полей состоит формат сообщений SIP?
8. Какие бывают заголовки сообщений протокола SIP? Приведи
их примеры.
9. Как в сети SIP предотвращается зацикливание передачи сообщений?
10. Как в SIP используется протокол SDP?
11. Какую информацию содержат параметры SDP в теле сообщений SIP?
114
9 ЗАПРОСЫ И ОТВЕТЫ ПРОТОКОЛА SIP.
СЦЕНАРИИ СОЕДИНЕНИЙ
Цель раздела: изучение перечня запросов и ответов протокола
SIP и алгоритмов установления соединений в сети.
9.1 Типы запросов SIP
В первоначальной версии протокола SIP (RFC 3261) было
определено шесть типов запросов. С помощью запросов клиент
сообщает о текущем местоположении, приглашает пользователей принять участие в сеансах связи, модифицирует уже установленные сеансы, завершает их и т.д. Тип запроса указывается
в стартовой строке.
Приведем краткое описание запросов:
1) Запрос INVITE (Приглашение) приглашает пользователя принять участие в сеансе связи, с этого запроса всегда
начинается очередной сеанс. Он обычно содержит описание сеанса связи с использованием протокола SDP, в котором указывается вид принимаемой информации и параметры (список возможных вариантов параметров), необходимые для приема информации, а также может указываться вид информации, которую вызываемый пользователь желает передавать. В ответе на
запрос типа INVITE указывается вид информации, которая будет приниматься вызываемым пользователем, и, кроме того,
может указываться вид информации, которую вызываемый
пользователь собирается передавать (возможные параметры передачи информации).
В сообщении INVITE могут содержаться также данные,
необходимые для аутентификации абонента, и, следовательно,
доступа клиентов к SIP-серверу. При необходимости изменить
характеристики уже организованных каналов передается запрос
INVITE с новым описанием сеанса связи. Для приглашения нового участника к уже установленному соединению также используется сообщение INVITE.
115
Пример запроса INVITE:
INVITE sip: watson@boston.bell-tel.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.com
From: A. Bell <a.g.bell@bell-tel.com>
To: T. Watson <watson@bell-tel.com>
Call-ID: 3298420296@kton.bell-tel.com
Cseq: 1 INVITE
Content-Type: application/sdp
Content-Length: ...
v=0
o=bell 53655765 2353687637 IN IР4 12&.3.4.5
C=IN IP4 kton.bell-tel.com
m=audio 3456 RTP/AVP 0 3 4 9
В этом примере пользователь А.Bell (a.g.bell@bell-tel.com)
вызывает пользователя Т. Watson (watson@bell-tel.com). Запрос
передается к прокси-серверу (boston.bell-tel.com). В полях То и
From перед адресом стоит запись, которую вызывающий пользователь желает вывести на дисплей вызываемого пользователя.
В теле сообщения оборудование вызывающего пользователя
указывает в формате протокола SDP, что оно может принимать
в порту 3456 речевую информацию, упакованную в пакеты RTP
и закодированную по одному из следующих алгоритмов кодирования: 0 – PCMU (ИКМ с -законом сжатия), 3 - GSM, 4 G.723 и 9 – G.722 (указаны номера кодеков в протоколе RTP).
2) Запрос АСК (Подтверждение) подтверждает прием
ответа на запрос INVITE. Следует отметить, что запрос АСК
используется только совместно с запросом INVITE, т.е. этим
сообщением оборудование вызывающего пользователя показывает, что оно получило окончательный ответ на свой запрос
INVITE. В сообщении АСК может содержаться окончательное
описание сеанса связи, передаваемое вызывающим пользователем.
3) Запрос CANCEL (Сброс) отменяет обработку ранее
переданных запросов с теми же, что и в запросе CANCEL, значениями полей Call-ID, To, From и CSeq, но не влияет на те запросы, обработка которых уже завершена. Например, запрос
116
CANCEL применяется тогда, когда прокси-сервер отменяет запросы для поиска пользователя по нескольким направлениям и в
одном из них его находит.
4) Запросом BYE (Завершение) оборудование вызываемого или вызывающего пользователя завершает соединение.
Сторона, получившая запрос BYE, должна прекратить передачу
речевой (мультимедийной) информации и подтвердить его выполнение ответом 200 ОК.
5) При помощи запроса типа REGISTER (Регистрация)
пользователь сообщает свое текущее местоположение. В этом
сообщении содержатся следующая информация в заголовках:
Заголовок То содержит адресную информацию, которую
надо сохранить или модифицировать на сервере;
Заголовок From содержит адрес инициатора регистрации.
Зарегистрировать пользователя может либо он сам, либо другой
пользователь;
Заголовок Contact (Контактировать) содержит новый адрес пользователя, по которому должны передаваться все дальнейшие запросы INVITE. Если в запросе REGISTER поле
Contact отсутствует, то регистрация остается прежней. В случае
отмены регистрации здесь помещается символ <*>;
В заголовке Expires (Срабатывание таймера) указывается
время в секундах, в течение которого регистрация действительна. Если данное поле отсутствует, то по умолчанию назначается
время - 1 час, после чего регистрация отменяется. Регистрацию
можно также отменить, передав сообщение REGISTER с полем
Expires, которому присвоено значение 0, и с соответствующим
полем Contact.
6) Запросом OPTIONS (Возможности) вызываемый
пользователь запрашивает информацию о функциональных возможностях терминального оборудования вызываемого пользователя. В ответ на этот запрос оборудование вызываемого пользователя сообщает требуемые сведения. Применение запроса
OPTIONS ограничено теми случаями, когда необходимо узнать
о функциональных возможностях оборудования до установления соединения. Для установления соединения запрос этого типа не используется.
117
После испытаний протокола SIP в реальных сетях оказалось, что для решения ряда задач вышеуказанных шести типов
запросов недостаточно. Поэтому в протокол SIP было добавлено
еще 8 типов запросов, которые дополнили его функциональность:
7) Запрос PRACK — временное подтверждение (RFC
3262); Запрос PRACK играет ту же роль, что и ACK, но предназначен для предварительных ответов. Так же, как запрос BYE
(но в отличие от запроса ACK), PRACK требует при его получении передачи ответа класса 1хх (кроме 100).
8) Запрос SUBSCRIBE (RFC 3265) — подписка на получение уведомлений о событии, используется для запроса информации о текущем состоянии и информации об обновленных
состояниях удаленного ресурса. В запросе SUBSCRIBE должен
присутствовать ровно один заголовок Event, указывающий событие или класс событий, на уведомление о котором производится подписка. Запрос должен быть подтвержден окончательным ответом 200 OК.
9) Запрос NOTIFY (Извещение) (RFC 3265) - уведомление подписчика о событии, передается в том же диалоге, который был создан ответом на запрос SUBSCRIBE. Когда происходит изменение состояния, подписчику также передается запрос
NOTIFY (рис. 9.1).
Рис. 9.1 – Подписка и извещение о событии в протоколе SIP
118
10) Запрос PUBLISH (Публикация) (RFC 3903) - публикация события на сервере, позволяет пользовательским агентам
UA сообщать специальному серверу присутствия о состоянии
их подписки. Данный запрос используется при предоставлении
услуг, связанных с местоположением пользователя.
11) Запрос INFO (Информация) (RFC 2976) –
обеспечивает передачу информации управления соединением
или другой информации во время сеанса связи, не изменяя состояние сессии. Он может использоваться для переноса сигнальных сообщений ТфОП/сотовых сетей между шлюзами в
течение разговорной сессии, сигналов DTMF в течение разговорной сессии, биллинговой информации.
12) REFER (Направлять) (RFC 3515) – запрос, посылаемый отправителем, предписывает получателю связаться с третьей стороной, используя контактную информацию, которая содержится в сообщении. Такой механизм может быть использован для многих целей, включая передачу вызова (Call Transfer).
13) MESSAGE (Сообщение) (RFC 3428) –- передача
мгновенных сообщений средствами SIP. Запрос MESSAGE содержит в себе контекст в виде тела сообщения в формате MIME
(Multipurpose Internet Mail Extension) – стандарт, описывающий
передачу различных типов данных по электронной почте. Запрос MESSAGE может быть отправлен в контексте уже созданного другими SIP-запросами сеанса. Размер сообщения
MESSAGE, которое передается вне пределов установленного
медиа-сеанса, не должно превышать 1300 байт.
14) UPDATE (Изменить) (RFC 3311) – модификация состояния сессии без изменения состояния диалога. Например,
возникают случаи, когда необходимо изменить некоторые параметры сеанса (например, кодеки) до прихода окончательного
ответа на начальное сообщение INVITE.
9.2 Ответы на запросы
Ответы на запросы сообщают о результате обработки запроса либо передают запрошенную информацию. Структуру
ответов и их виды протокол SIP унаследовал от протокола
119
HTTP. Определено шесть типов ответов, несущих разную
функциональную нагрузку. Тип ответа кодируется трёхзначным
числом, самой важной является первая цифра, которая определяет класс ответа:
1ХХ – Информационные ответы (Informational) - показывают, что запрос находится в стадии обработки. Наиболее распространённые ответы данного типа – 100 Trying (Запрос обрабатывается), 180 Ringing (Посылка вызова), 183 Session Progress
(Сессия обрабатывается).
2ХХ – Успешно (Success) - финальные ответы, означающие, что запрос был успешно обработан. В настоящее время в
данном типе определены только два ответа – 200 OK (Успешное
завершение) и 202 Accepted (Запрос принят для обработки).
3ХХ – Перенаправление (Redirection) – финальные ответы,
информирующие оборудование вызывающего пользователя о
новом местоположении вызываемого пользователя, например,
ответ 302 Moved Temporary.
4ХХ – Отказ запроса (Request failure) – финальные ответы, информирующие об ошибке при обработке или выполнении
запроса, например, 403 Forbidden (Доступ запрещен) или классический для протокола HTTP ответ 404 Not Found (Не найдено).
5ХХ – Отказ сервера (Server failure) – финальные ответы,
информирующие о том, что запрос не может быть обработан изза отказа сервера, например 500 Server Internal Error (Внутренняя ошибка сервера).
6ХХ – Глобальный отказ (Global Failure) – финальные
ответы, информирующие о том, что соединение с вызываемым
пользователем установить невозможно, например, ответ 603
Decline (Отклонение) означает, что вызываемый пользователь
отклонил входящий вызов.
Пример ответа 200 ОК:
SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP server10.itep.com
Via: SIP/2.0/UDP bgb3.site3.iae.com
Via: SIP/2.0/UDP 12.26.17.91:5060
To: B <sip:bbb@itep.com;tag=a6c85cf
120
From: A <sip:aaa@iae.com;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710@12.26.17.91
CSeq: 314159 INVITE
Contact: <sip:bbb@itep.com>
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 131
Первая строка ответа содержит номер версии SIP, которая
используется, код ответа и имя ответа. Последующие строки
представляют собой список полей заголовка. Поля заголовка
Via, To, From, Call-ID и CSeq копируются из запроса INVITE.
9.3 Понятия транзакции и диалога в протоколе SIP
Транзакцией называют совокупность сообщений, состоящую из запроса, отправленного клиентом серверу, и всех ответов сервера на этот запрос (рис. 9.2). Идентификатор транзакции
– параметр branch в заголовке. Чаще всего, значение branch
начинается с “z9hG4bK”. Это значит, что запрос был сгенерирован клиентом, поддерживающим RFC 3261 и параметр уникален
для каждой транзакции этого клиента.
Диалог – это равноправное взаимодействие двух элементов сети SIP в виде последовательности SIP-сообщений между
ними.
Рис. 9.2 – Транзакции и диалог в протоколе SIP
121
Совокупность меток (tag) в заголовках From и To и заголовок Call ID однозначно идентифицируют диалог. Это необходимо, так как между клиентами может идти сразу несколько
диалогов.
9.4 Сценарии установления соединений в сети SIP
Процесс регистрации пользователя в сети SIP
Пользователь может перемещаться в пределах сети SIP,
поэтому необходим механизм определения его местоположения
в текущий момент времени. О том, где он находится, пользователь информирует специальный сервер регистрации (сервер
определения местоположения) с помощью сообщения
REGISTER (рис. 9.3). Возможны два режима регистрации: пользователь может сообщить свой новый адрес один раз, а может
регистрироваться периодически через определенные промежутки времени. Первый способ подходит для случая, когда терминал, доступный пользователю, включен постоянно, и его не перемещают по сети, а второй – если терминал часто перемещается или выключается.
Рис. 9.3 – Процесс регистрации пользователя в сети SIP
При подключении к сети SIP-терминал (клиент агента
пользователя) автоматически отсылает запрос на регистрацию
122
на сервер определения местоположения. В ходе регистрации
терминал сообщает SIP-Name, IP-адрес, список поддерживаемых средств коммуникации данного терминала (например, голос — да, видео — да, система мгновенных сообщений — нет).
Эта информация о местоположении пользователя хранится на
сервере в специальной базе данных адресной информации. После регистрации сети известно все необходимое для связи с
вновь зарегистрированным терминалом, следовательно, другие
SIP-абоненты могут вызывать этого абонента и устанавливать с
ним соединение.
Кроме постоянного адреса пользователя, в этой базе данных может храниться один или несколько текущих адресов.
Сервер регистрации может быть совмещен с SIP-прокси сервером (в таком случае он называется registrar) или быть реализован отдельно от прокси сервера, но иметь возможность связываться с ним при помощи протокола LDAP (RFC 1777), запроса
rwhois (RFC 2167) или других протоколов.
Агенты пользователей (UA) в сети SIP могут быть настроены на использование широковещательной передачи (мультикастинга) IP-пакетов. В этом случае запрос на регистрацию может
быть отправлен всем известным SIP серверам регистрации, с
использованием мультикаст адреса sip.mcast.net - (224.0.1.75 для
IPv4).
Сценарии установления соединений
Протокол SIP определяет 3 основных сценария установления соединения (RFC 3665):
1) с участием прокси-сервера;
2) с участием сервера переадресации
3) непосредственно между пользователями.
Различие между перечисленными сценариями заключается в том, что по-разному осуществляется поиск и приглашение
вызываемого пользователя. В первом случае эти функции возлагает на себя прокси-сервер, а вызывающему пользователю необходимо знать только постоянный SIP-адрес вызываемого пользователя. Во втором случае вызывающая сторона самостоятельно устанавливает соединение, а сервер переадресации лишь реа-
123
лизует преобразование постоянного адреса вызываемого абонента в его текущий адрес. И, наконец, в третьем случае вызывающему пользователю для установления соединения необходимо знать текущий IP-адрес вызываемого пользователя. Перечисленные сценарии являются простейшими. На практике,
прежде чем вызов достигнет адресата, он может пройти через
несколько прокси-серверов, или сначала направляется к серверу
переадресации, а затем проходит через один или несколько
прокси-серверов. Кроме того, прокси-серверы могут размножать
запросы и передавать их по разным направлениям и т.д.
1. Установление соединения с участием прокси-сервера
При установлении соединения с участием прокси-сервера
администратор сети сообщает IP-адрес этого сервера пользователям. Вызывающий пользователь передает запрос INVITE (1)
на IP-адрес прокси-сервера и порт 5060, используемый по умолчанию для протокола SIP (рис. 9.4).
В запросе пользователь указывает известный ему SIPадрес вызываемого пользователя. Прокси-сервер запрашивает
текущий IP-адрес вызываемого пользователя у сервера определения местоположения (2), который и сообщает ему этот адрес
(3). Далее прокси-сервер передает запрос INVITE непосредственно вызываемому оборудованию (4). Опять в запросе содержатся данные о функциональных возможностях вызывающего терминала, но при этом в запрос добавляется поле Via с адресом прокси-сервера для того, чтобы ответы на обратном пути
шли через него. После приема и обработки запроса вызываемое
оборудование сообщает своему пользователю о входящем вызове, а встречной стороне передает ответ 180 Ringing (5), копируя
в него из запроса поля То, From, Call-ID, CSeq и Via. После приема вызова пользователем встречной стороне передается сообщение 200 OK (6), содержащее данные о функциональных возможностях вызываемого терминала в формате протокола SDP.
Терминал вызывающего пользователя подтверждает прием ответа запросом АСК (7). На этом фаза установления соединения
закончена и начинается разговорная фаза.
124
Рис. 9.4 – Сценарий установления соединения через проксисервер
По завершении разговорной фазы одной из сторон передается запрос BYE (8), который подтверждается ответом 200 OK
(9).
Все сообщения проходят через прокси-сервер, который
может модифицировать в них некоторые поля.
2. Установление соединения с сервером переадресации
Администратор сети сообщает пользователям адрес сервера переадресации (перенаправления). Вызывающий пользователь передает запрос INVITE (1) на известный ему адрес сервера
переадресации и порт 5060 для протокола SIP (рис. 9.5).
В запросе вызывающий пользователь указывает SIP-адрес
вызываемого пользователя. Сервер переадресации запрашивает
текущий IP-адрес нужного пользователя у сервера определения
125
местоположения (2), который сообщает ему этот адрес (3). Сервер переадресации в ответе 302 Moved temporarily (Временно
переместился) передает вызывающей стороне текущий IP-адрес
вызываемого пользователя (4), или он может сообщить список
зарегистрированных адресов вызываемого пользователя и предложить вызывающему пользователю самому выбрать один из
них. Вызывающая сторона подтверждает прием ответа 302 посылкой сообщения АСК (5).
Рис. 9.5 – Сценарий установления соединения через сервер переадресации
Теперь вызывающая сторона может связаться непосредственно с вызываемой стороной. Для этого она передает новый
запрос INVITE (6) с тем же идентификатором Call-ID, но другим
номером CSeq. В теле сообщения INVITE указываются данные о
функциональных возможностях вызывающей стороны в формате протокола SDP. Вызываемая сторона принимает запрос
126
INVITE и начинает его обработку, о чем сообщает ответом 100
Trying (7) встречному оборудованию для перезапуска его таймеров. После завершения обработки поступившего запроса оборудование вызываемой стороны сообщает своему пользователю
о входящем вызове, а встречной стороне передает ответ 180
Ringing (8). После приема вызываемым пользователем входящего вызова удаленной стороне передается сообщение 200 OK (9),
в котором содержатся данные о функциональных возможностях
вызываемого терминала в формате протокола SDP. Терминал
вызывающего пользователя подтверждает прием ответа запросом АСК (10). На этом фаза установления соединения закончена
и начинается разговорная фаза. По завершении разговорной фазы любой из сторон передается запрос BYE (11), который подтверждается ответом 200 OK (12).
3. Установление соединения непосредственно между пользователями
В этом случае вызывающий пользователь знает сетевой
адрес терминала вызываемого пользователя и обмен запросами
и ответами происходит непосредственно между терминалами
SIP без участия прокси-серверов (рис. 9.6).
Вызывающий
пользователь
Вызываемый
пользователь
1. INVITE
2. 180 Ringing
3. 200 Ok
4. ACK
Разговорная фаза
5. BYE
6. 200 Ok
Рис. 9.6 - Сценарий установления соединения непосредственно
между пользователями
127
Выводы по разделу 9
1. В первоначальной версии протокола SIP (RFC 3261)
было определено шесть типов запросов: INVITE, АСК,
CANCEL, BYE, REGISTER и OPTIONS.
2. Для реализации дополнительных возможностей в протокол SIP добавлены еще 8 типов запросов: PRACK,
SUBSCRIBE, NOTIFY, PUBLISH, INFO, REFER, MESSAGE,
UPDATE.
3. Определено шесть типов ответов: 1ХХ – Информационные ответы, 2ХХ – Успешно, 3ХХ – Перенаправление, 4ХХ –
Отказ запроса, 5ХХ – Отказ сервера, 6ХХ – Глобальный отказ.
4. Протокол SIP определяет 3 основных сценария установления соединения: с участием прокси-сервера, с участием
сервера переадресации и непосредственно между пользователями.
Вопросы для самопроверки по разделу 9
Какие типы запросов были в первоначальной версии SIP?
Укажите назначение запроса INVITE.
Какая информация содержится в поле заголовков запроса
REGISTER?
4. Сколько и каких запросов было добавлено в дальнейшем в
протокол SIP?
5. Как организуется подписка и получение уведомлений о событиях в протоколе SIP?
6. Какие типы ответов определены в протоколе SIP?
7. Чем отличаются между собой финальные ответы классов
4ХХ, 5ХХ и 6ХХ?
8. Что такое транзакция в SIP? Как идентифицируются разные
транзакции?
9. Что такое диалог в SIP? Как идентифицируются разные
диалоги?
10. Поясните процесс регистрации пользователя в сети SIP.
11. Поясните сценарий установления соединения с участием
прокси-сервера.
1.
2.
3.
128
12. Для чего в сети SIP нужен сервер определения местоположения?
13. Поясните сценарий установления соединения с участием
сервера переадресации.
14. Поясните сценарий установления соединения непосредственно между пользователями.
129
10 ПОДСИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ
МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ СООБЩЕНИЙ IMS
Цель раздела: изучение общих принципов построения подсистемы передачи мультимедийных сообщений IMS.
10.1 Необходимость перехода к IMS
Основная технологическая идея NGN – разделение транспортных процессов и процессов управления вызовами и сеансами на базе гибкого коммутатора (softswitch) – не была поддержана своевременной разработкой соответствующего набора
стандартов. Это привело к тому, что основные сетевые элементы NGN, поставляемые различными производителями, зачастую
оказываются несовместимыми между собой. В мобильных сетях, где одним из основных источников доходов является роуминг, такая несовместимость оказывается куда более значительным недостатком, чем в стационарных сетях. Именно это и
определило активность международных организаций, которые
начали разработку новых принципов построения и стандартов
мобильных сетей 3G, основываясь на уровневой архитектуре
NGN (рис. 10.1).
Рис. 10.1 – Разделение уровней транспорта и управления в IMS
Развитие мобильных сетей связи привело к тому, что
большая часть абонентов NGN имеют также и сотовые телефоны. В результате у пользователей возникает естественное жела-
130
ние реализовать функции сотовых сетей в терминалах NGN
(например, функции роуминга) и функции широкополосного
доступа в сотовых сетях. Переход сотовых сетей от 2,5 G к сетям 3G и 4G логично приводит к идее конвергенции сотовых и
широкополосных сетей. В последние несколько лет получила
распространение также концепция персонификации услуг связи.
Все это логично привело к созданию новой сетевой концепции
- подсистемы передачи мультимедийных сообщений IMS (IP
Multimedia Subsystem) (рис. 10.2).
Развитие сотовых
сетей от систем 2,5G
к 3G и 4G
Персонификация
услуг в NGN
IMS
Концепция услуг 4Play
(Triple Play +
мобильность)
Требование роуминга
в NGN
Рис. 10.2 – Движущие силы перехода к концепции IMS
Концепция IMS описывает новую сетевую архитектуру,
основным элементом которой является пакетная транспортная
сеть, поддерживающая все технологии доступа и обеспечивающая реализацию большого числа инфокоммуникационных
услуг. Ее авторство принадлежит международному партнерству
Third Generation Partnership Project (3GPP), объединившему Европейский институт стандартизации телекоммуникаций (ETSI)
и несколько национальных организаций стандартизации.
В настоящее время архитектура IMS рассматривается как
возможное решение для построения сетей следующего поколения на основе конвергенции мобильных и стационарных сетей
на платформе IP.
131
10.2 Архитектура IMS
Принцип, на котором строится концепция IMS, состоит в
том, что доставка любой услуги должна быть полностью независима от технологий доступа и обеспечивать взаимодействие
со всеми существующими сетями – мобильными и стационарными, телефонными, компьютерными и т.д.
В архитектуре IMS выделяется три уровня (рис. 10.3):
1) транспортный уровень,
2) уровень управления;
3) уровень услуг.
Рис. 10.3 – Архитектура IMS
Транспортный уровень интегрируется с сетями доступа
различных типов. Это могут быть пакетные сети радиодоступа,
такие как GPRS, UMTS, CDMA2000, WLAN, широкополосные
кабельные и DSL, а также традиционная телефонная сеть с коммутацией
каналов.
Соединение
абонентов
с
IMSинфраструктурой на транспортном уровне осуществляется благодаря мобильному терминалу 3G/4G или посредством шлюзов
(что более вероятно, по крайней мере, в ближайшем будущем).
Основные функциональные блоки транспортного уровня чаще
всего реализуются в виде соответствующего оборудования. В
пределах транспортного уровня определено несколько функций
132
шлюзов (рис. 10.4). В первую очередь они должны обеспечивать
взаимодействие в местах стыка сетей. В частности, транспортный шлюз IMS-MGW (IP Multimedia Subsystem Media Gateway)
обеспечивает стык между IMS и сетью традиционной телефонии
и выполняет прямое и обратное преобразование потоков RTP в
потоки сетей с коммутацией каналов.
Рис. 10.4 – Основные функциональные блоки IMSS
Функция медиасервера MRF (Media Resource Function) состоит из процессора мультимедийных ресурсов MRFP (Media
Resource Function Processor) и контроллера MRFC (Media Resource Function Controller). Контроллер MRFC обеспечивает реализацию таких услуг, как конференц-связь, оповещения или перекодирование передаваемого сигнала. Процессор MRFP распределяет медиаресурсы сети согласно командам от MRFC. Его
основными функциями является объединение и обработка потоков мультимедийных данных, например транскодирование.
Шлюз сопряжения IMS-IPGW обеспечивает взаимодействие между сетями IPv4 и IPv6 (трансляцию адресов и номеров
портов, а также сопряжение протоколов). Отвечает за обеспече-
133
ние функций безопасности (трансляцию адресов и портов
NAPT, функции межсетевого экрана (firewall), поддержку механизмов QoS).
Функция выбора политики PDF (Policy Decision Function)
оперирует с характеристиками информационного трафика
(например, требуемая пропускная способность) и определяет
возможность организации сеанса или его запрета, необходимость изменения параметров сеанса и т.д.
Уровень управления – это совокупность функций IMS,
которые осуществляют все действия по управлению сеансами
связи. Функции уровня управления чаще всего реализованы в
виде соответствующего программного обеспечения, функционирующего на одном или нескольких серверах. Функция управления вызовами/сессиями CSCF (Call Session Control Function)
задает централизованный механизм маршрутизации и определяет политику сети. Для управления в CSCF используется протокол SIР. В работе CSCF можно выделить три специализированных функции:
1) S-CSCF (Serving CSCF) – обслуживающая функция;
2) P-CSCF (Proxy CSCF) – проксирующая (представительная) функция;
3) I-CSCF (Interrogating CSCF) – запрашивающая функция.
Функция S-CSCF обеспечивает управление сеансами доставки мультимедийных сообщений через транспортную сеть IP,
включая регистрацию терминалов, двустороннее взаимодействие с сервером HSS (получение от него пользовательских данных), анализ сообщения, маршрутизацию, управление сетевыми
ресурсами (шлюзами, серверами, пограничными устройствами)
в зависимости от приложений и профиля пользователя.
Функция P-CSCF создает первую контактную точку на
сигнальном уровне внутри ядра IMS для терминалов IMS данной сети. Функция P-CSCF принимает запрос от или к терминалу и маршрутизирует его к элементам ядра IMS. Обслуживаемый терминал пользователя закрепляется за функцией P-CSCF
при регистрации в сети на все время регистрации. P-CSCF реа-
134
лизует аутентификацию пользователя, формирует учетные записи и передает их в сервер начисления платы.
Функция I-CSCF создает первую контактную точку на
сигнальном уровне внутри ядра IMS для всех внешних соединений с абонентами данной сети или визитными абонентами, временно находящимися в сети. Основная задача модуля I-CSCF —
идентификация привилегий внешнего абонента по доступу к
услугам, выбор соответствующего сервера приложений и обеспечение доступа к нему. Фактически I-CSCF является проксирующим SIP-сервером, расположенным на границе сетевого
операторского домена. I-CSCF взаимодействует по протоколу
Diameter с пользовательской базой данных HSS для определения
наличия или возможности регистрации пользователя в данной
сети, o получения информации о функциональном объекте SCSCF. Если S-CSCF еще не назначен, I-CSCF производит его
выбор в процессе регистрации пользователя.
Еще один ключевой элемент архитектуры IMS – сервер
домашних абонентов HSS (Home Subscriber Server). Как и
хорошо известный элемент сетей GSM – регистр домашних
пользователей HLR (Home Location Register) – он является базой
пользовательских данных. Сервер HSS обеспечивает открытый
доступ в режиме чтения/записи к индивидуальным данным
пользователя, связанным с услугами. Доступ осуществляется из
различных точек окончания – таких, как телефон, приложения
Web и SMS, телевизионные приставки типа set-top box и т. д. В
HSS реализуется также функция SLF (Subscription Locator
Function), которая определяет положение базы данных, содержащей данные конкретного абонента, в ответ на запрос от модуля I-CSCF или от сервера приложений. Наконец, в состав сервера HSS входят модули HLR и AuC (Authentication Center) для
работы с сетями 2G.
В случае если в сети IMS используется несколько серверов HSS, необходимо добавление функции определения местоположения абонента SLF (Subscription Locator Function или
Subscriber Location Function), которая занимается поиском HSS
с данными конкретного пользователя в ответ на запрос от модуля I-CSCF или от сервера приложений. В состав сервера HSS
135
входят также стандартные модули домашних пользователей HLR
и центр аутентификации AuC (Authentication Center) для работы с сотовыми сетями 2G.
Функция управления шлюзами BGCF (Breakout Gateway
Control Function) управляет пересылкой вызовов между доменом
коммутации каналов (ТфОП или GSM) и сетью IMS. Данный
модуль осуществляет маршрутизацию на основе телефонных
номеров и выбирает шлюз в домене коммутации каналов (КК),
через который сеть IMS (где расположен сервер BGCF) будет
взаимодействовать с ТфОП или GSM. Здесь также производится
генерация соответствующих учетных записей для начисления
платы абонентам сетей КК
На уровне услуг размещаются серверы приложений AS
(Application Servers). Они могут быть нескольких типов, таких
как SIP AS - это сервер приложений сугубо для IMS, серверы
OSA и IM-SSF – предназначены для взаимодействия с серверами
традиционных приложений OSA и CAMEL соответственно.
10.3 Внешние и внутренние интерфейсы IMS
Еще одна особенность подсистемы IMS как нового шага
по пути развития современных систем управления – это дальнейшее усложнение систем сигнализации. С одной стороны,
среди протоколов IMS нет ничего нового в части систем сигнализации по сравнению с технологией Softswitch. Разве что протокол RADIUS, используемый в технологии Softswitch, был заменен на протокол DIAMETER , который удовлетворяет условиям роуминга клиентов широкополосного доступа и задачам
конвергенции проводных и беспроводных систем связи. С другой стороны, сложность сигнального обмена и количество интерфейсов в IMS существенно увеличилась (рис. 10.4, табл.
10.1).
Хотя архитектура приложений IMS достаточно сложна, но
ключевым моментом здесь является высокая гибкость при создании новых и интеграции с традиционными приложениями.
Например, среда пересылки сообщений может интегрировать
традиционные свойства телефонного вызова, например, обрат-
136
ный вызов и ожидание вызова, с вызовом Интернет. Чтобы сделать это, архитектура IMS позволяет запустить множество услуг
и управлять транзакциями между ними.
Рис. 10.5 – Внутренние и внешние интерфейсы IMS
Табл. 10.1 – Перечень некоторых интерфейсов IMS
Интер- Объекты IMS
терфейс
Cx
(I-CSCF, SCSCF), HSS
Dx
Gm
ISC
Mg
Mi
Mj
Назначение
Протоколы
Передача пользовательских данных в S- Diameter
CSCF, включая критерии фильтрации и
их приоритеты
(I-CSCF или S- Используется I-CSCF или S-CSCF для
Diameter
нахождения нужного HSS при наличии
CSCF)SLF
нескольких HSS в сети
UE, P-CSCF
Обмен сообщениями между терминаSIP
лом пользователя и P-CSCF
Уведомление AS о регистрации и возSIP
S-CSCF  AS
можностях терминала пользователя:
передача в AS информации для предоставления услуг и адресов
Передача сигнализации ISUP, конверSIP
MGCF  I/Sтация в SIP для обработки в I-CSCF
CSCF
SIP
S-CSCF BGCF Обмен сообщениями между S-CSCF и
BGCF
SIP
BGCF  MGCF Взаимодействие с доменом коммутации
каналов ТфОП
137
Продолжение табл. 10.1
Интер- Объекты IMS
терфейс
Mk BGCF BGCF
Mn
Mw
Sh
Назначение
Протоколы
Взаимодействие с доменом коммутации
SIP
каналов ТфОП, если BGCF определили,
что соединение должно устанавливаться через другой IMS-домен
MGCF, IMКонтроль ресурсов пользовательского
H.248
MGW
уровня
P-CSCF, I-CSCF, Обмен сообщениями между отдельныSIP
S-CSCF
ми функциями CSCF
AS(SIP AS, OSA Обмен информацией из пользовательDiameter
SCS), HSS
ских профилей. Позволяет AS
(де)активировать критерии фильтрации,
хранящиеся в HSS
Эта сложность архитектуры IMS в определенной степени
затрудняет переход сетей NGN на базе гибких коммутаторов к
сетям на базе IMS. Основные преимущества и недостатки концепции IMS приведены в табл. 10.2.
Табл. 10.2 – Преимущества и недостатки концепции IMS
Преимущества
Недостатки
(драйверы внедрения)
(трудности внедрения)
Неограниченность
Необходимость поддержки
услуг
протокола IPv6
Хорошая масштабируемость
Отсутствие терминалов IMS
Конвергенция фиксированных и
мобильных сетей
Необходимость модернизации
систем OSS и BSS
Независимость от транспорта и
доступа
Отсутствие поддержки
не SIP-приложений
10.4 Сценарий установления соединения в IMS
Схема установления соединения между двумя пользователями SIP в пределах одной сети IMS представлена на рис. 10.6.
138
HSS
4
3
2
11
1
5
I-CSCF
P-CSCF
6
S-CSCF
10
12
P-CSCF
9
8
7
Разговор (RTP)
Терминал А
Терминал В
Рис 10.6 – Схема установления соединения в IMS
Порядок установления соединения:
1. Терминал пользователя А посылает запрос (SIP сообщение INVITE) на проксирующую функцию P-CSCF. Запрос
INVITE содержит идентификатор Request-URI с SIP-адресом
вызываемого пользователя.
2. Запрос INVITE также содержит заголовок направления
Route header, который помогает функции P-CSCF при маршрутизации вызова к соответствующей взаимодействующей функции I-CSCF.
3. I-CSCF посылает запрос протокола DIAMETER в сервер
HSS для получения информации о функции S-CSCF, обслуживающей вызываемого абонента В.
4. Сервер HSS с использованием протокола DIAMETER в
ответ посылает адрес функции S-CSCF, обслуживающей абонента В.
5. I-CSCF направляет SIP-запрос INVITE к выбранному
узлу S-CSCF.
6. S-CSCF оценивает критерии для обслуживания пользователя В. S-CSCF анализирует информацию о контакте (переданную во время регистрации абонента) и направляет SIP-
139
запрос INVITE в проксирующую функцию P-CSCF пользователя В.
7. P-CSCF направляет запрос INVITE на терминал пользователя В.
8. – 12. Терминал абонента В принимает вызов. При посылки вызова пользователю В в сторону пользователя А передается ответ 180 Ringing. При ответе пользователя В передается
SIP-ответ 200 ОК пользователю А. Начинается разговор – передача пакетов RTP напрямую между пользователями.
При отбое одного из абонентов в противоположную сторону (маршруты 1–6 или 7–12 на рис. 10.5) передается запрос
BYE, на который передается ответ 200 ОК.
При установлении соединения между абонентами разных сетевых доменов в каждом из них используются свои функции S-CSCF и P-CSCF (рис. 10.7). Во всех случаях в ответ на
сообщение INVITE отправляется предварительный ответ 100
Trying (Запрос обрабатывается), данная команда пресекает повторные попытки посылки сообщения INVITE (рис. 10.8).
Рис 10.7 – Схема междоменного соединения в IMS
140
Рис. 10.8 – Сценарий установления соединения между разными
доменами в сети IMS
Выводы по разделу 10
1. Подсистема передачи мультимедийных сообщений
IMS является логическим развитием сетей NGN на базе технологии гибких коммутаторов (softswitch), в которую включаются
все сети доступа (включая и мобильные сети), использующую
сигнальный протокол SIP и транспортную сеть на базе IPv6.
2. Архитектура IMS выделяют три уровня: транспортный,
управления и услуг.
3. На уровне управления основной является функция
управления вызовами/сессиями CSCF, которая реализована в
трех типах: обслуживающая функция S-CSCF, проксирующая
функция P-CSCF и запрашивающая функция I-CSCF.
4. В составе IMS имеется сервер домашних абонентов
HSS, который обеспечивает открытый доступ в режиме чте-
141
ния/записи к индивидуальным данным пользователя, связанным
с услугами.
Вопросы для самопроверки по разделу 10
1. Какой основной недостаток сетей NGN на базе концепции
гибкого коммутатора (softswitch)?
2. В чем суть конвергенции фиксированных и мобильных сетей?
3. Укажите основные особенности концепции IMS.
4. Сколько уровней содержит архитектура IMS? Укажите их
функции.
5. Какие функциональные элементы входят в состав транспортного уровня IMS?
6. Какие функциональные элементы входят в состав уровня
управления IMS?
7. На какие виды разделена функция управления вызовами/сессиями CSCF? Укажите их назначение.
8. Какие функции выполняет сервер домашних абонентов
HSS?
9. Зачем в архитектуре IMS используется большое количество
внутренних и внешних интерфейсов?
10. Укажите, какие протоколы и между какими функциональными элементами используются в IMS?
11. Поясните процесс установления соединения в сети IMS.
12. В чем особенность установления междоменного соединения в IMS?
142
11 ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ. БУДУЩИЕ СЕТИ
Цель раздела: изучение общих принципов концепций Интернета
вещей IoT и будущих сетей Future Networks.
11.1 Идея Интернета вещей
В связи с бурным развитием сетей с пакетной коммутацией и прежде всего Интернета в начале 2000-х годов мировое телекоммуникационное сообщество сначала выработало, а затем и
приступило к реализации новой парадигмы развития коммуникаций – сетей следующего поколения NGN. Технологии NGN
уже прошли эволюционный путь развития от гибких коммутаторов (Softswitch) до подсистем IMS и беспроводных сетей
4G/LTE. При этом всегда предполагалось, что основными пользователями сетей NGN будут люди и, следовательно, максимальное число абонентов в таких сетях всегда будет ограничено
численностью населения планеты Земля.
Однако в последнее время значительное развитие получили методы радиочастотной идентификации RFID (Radio
Frequency IDentification), беспроводные сенсорные сети WSN
(Wireless Sensor Network), коммуникации малого радиуса действия NFC (Near Field Communication) и межмашинные коммуникации М2М (Machine-to-Machine), которые интегрируясь в
интернет, позволяют обеспечить простую связь различных технических устройств («вещей»), число которых может быть
огромным. По расчетам консалтингового подразделения Cisco
IBSG в промежутке между 2008 и 2009 годами количество подключенных к интернету предметов превысило количество людей, к 2020 году количество подключенных устройств достигнет
50 миллиардов. Таким образом, в настоящее время происходит
эволюционный переход от «Интернета людей» к «Интернету
вещей», IoT (Internet of Things).
Идея Интернета вещей сама по себе очень проста. Представим, что все окружающие нас предметы и устройства (домашние приборы и утварь, одежда, продукты, автомобили, промышленное оборудование и др.) снабжены миниатюрными
143
идентификационными и сенсорными (чувствительными)
устройствами. Тогда при наличии необходимых каналов связи с
ними можно не только отслеживать эти объекты и их параметры
в пространстве и во времени, но и управлять ими, а также включать информацию о них в общую «умную планету». В самом
общем виде с инфокоммуникационной точки зрения Интернет
вещей можно записать в виде символической формулы:
IoT = Сенсоры (датчики) + Данные + Сети + Приложения.
Проще говоря, Интернет вещей – это глобальная сеть
компьютеров, датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств
(актуаторов), связывающихся между собой с использованием
сетей на базе протокола IP (Internet Protocol). Например, для решения определенной задачи компьютер связывается через публичный интернет с небольшим устройством, к которому подключен соответствующий датчик (например, температуры), и
результат отправляет в некоторую платформу приложений также с использование интернета, как это показано на рис. 11.1.
Сети IP
(Интернет)
Платформа
приложений
Датчик
Компьютер
Устройство
Рис. 11.1 – Концепция Интернета вещей
11.2 Архитектура IoT
В рамках серии Рекомендаций МСЭ-Т Y.2хxx, посвященной сетям следующего поколения NGN, уже утверждены
первые рекомендации, посвященные специально Интернету вещей. В Рекомендации Y.2060 приведена эталонная модель IoT,
144
которая очень похожа на модель NGN (см. рис. 6.1) и также
включает четыре базовых горизонтальных уровня (рис. 11.2):
1) уровень приложений IoT;
2) уровень поддержки приложений и услуг;
3) сетевой уровень;
4) уровень устройств.
Уровень поддержки
сервисов и приложений
Сетевой уровень
Уровень устройств
Приложения IoT
Общая поддержка
сервисов
Дополнительная
поддержка сервисов
Сетевые возможности
Транспортные возможности
Возможности
устройств
Возможности
шлюзов
Возможности безопасности.
Возможности
эксплуатационного
управления
Уровень
приложений
Рис. 11.2 – Эталонная модель IоT согласно МСЭ-Т Y.2060
Существует также два вертикальных уровня – уровень
эксплуатационного управления и уровень безопасности, охватывающие все четыре горизонтальных уровня.
Уровень приложений IoT включает различные типы приложений для соответствующих промышленных секторов и сфер
деятельности (энергетика, транспорт, торговля, медицина, образование и др.). Приложения могут быть «вертикальными», когда
они являются специфическими для конкретной отрасли промышленности, а также «горизонтальными», (например, управление автопарком, отслеживание активов и др.), которые могут
использоваться в различных секторах экономики.
Уровень поддержки приложений и услуг включает общие
возможности для различных объектов IoT по обработке и хранению данных, а также возможности, необходимые для некоторых приложений IoT или групп таких приложений.
Сетевой уровень включает сетевые возможности (функция управления ресурсами сети доступа и транспортной сети,
управления мобильностью, функции авторизации, аутентификации и расчетов, AAA) и транспортные возможности (обеспече-
145
ние связности сети для передачи информации приложений и
услуг IoT).
Уровень устройств включает возможности устройств и
возможности шлюзов. Возможности устройств предполагают
прямой обмен сенсоров/актуаторов с сетью связи, обмен через
шлюз, обмен через беспроводную сенсорную сеть, а также временный останов и возобновление работы устройства для энергосбережения. Возможности шлюзов предполагают поддержку
множества интерфейсов для устройств (шина CAN, беспроводные технологии ZigBee, Bluetooth, WiFi и др.) и для сетей доступа/транспортных сетей (2G/3G/4G, хDSL и др.). Другой возможностью шлюзов является поддержка конверсии протоколов,
в случае, если протоколы интерфейсов устройств и сетей отличаются друг от друга.
Возможности вертикального уровня эксплуатационного
управления предусматривают управление последствиями отказов, возможностями сети, конфигурацией, безопасностью и данными для биллинга. Основными объектами управления являются устройства, локальные сети и их топология, трафик и перегрузки на сетях.
Возможности вертикального уровня безопасности зависят
от горизонтального уровня. Для уровня поддержки приложений
и услуг определены функции AAA, антивирусная защита, тесты
целостности данных. Для сетевого уровня – возможности авторизации, аутентификации, защиты информации протоколов сигнализации. На уровне устройств – возможности авторизации,
аутентификации, контроль доступа и конфиденциальность данных.
11.3 Базовые технологии Интернета вещей
Технология радиочастотной идентификации RFID
Радиочастотная идентификация RFID (Radio Frequency
IDentification) – общий термин, используемый для обозначения
систем, которые беспроводным путем посредством радиоволн
считывают определенную информацию (например, идентифи-
146
кационный номер) какого-либо предмета или человека. Основой
технологии RFID и главным ее компонентом является метка
(англ. tag) или транспондер (transmitter - передатчик, responder ответчик), содержащая определенную информацию (например,
о продукте, о производстве, месте назначения, сроке реализации
и др.), передаваемую на считыватель, когда тот проводит опрос
метки. Большинство RFID-меток состоит из двух частей (рис.
11.3). Первая — интегральная схема для хранения и обработки
информации, модулирования и демодулирования радиочастотного сигнала и некоторых других функций. Вторая — антенна
для приёма и передачи сигнала. RFID система работает по следующему принципу: радиосигнал посылается считывателем
метке, который принимает его и отражает (пассивная метка) или
генерирует выходной сигнал (активная метка). В процессе считывания метки происходит передача данных из ее памяти в
компьютер, где информация обрабатывается и выводится в понятном для восприятия виде. Конструктивно RFID-метка обычно состоит из микрочипа, прикрепленного к радиоантенне.
Рис. 11.3 – Конструкция RFID метки
Любая RFID-система состоит из считывающего устройства и RFID-метки – транспондера (рис. 11.4). Использование
RFID-систем наиболее актуально для компаний, которые участвуют в процессе производства, поставки и реализации товара.
Во-первых, используя RFID-системы, упрощается проведение
инвентаризации товаров на складе. Также значительно упрощаются прием и отгрузка товаров. Кроме того, благодаря наличию
RFID-меток, RFID-считывателей и RFID-сканеров и специаль-
147
ного компьютерного оборудования стало возможным создавать
объемные базы данных по учету и движению товара.
Рис. 11.4 – Основные компоненты системы RFID
Беспроводные сенсорные сети WSN
Сенсорная сеть – система распределенных сенсорных узлов, взаимодействующих между собой, а также с другими сетями для запросов, обработки, передачи и предоставления информации, полученной от объектов реального физического мира с
целью выработки ответной реакции на данную информацию.
Таким образом, сенсорная сеть включает в себя как минимум
сенсоры (датчики), актуаторы (исполнительные устройства) и
коммуникационные узлы (рис. 11.5, пунктиром показаны необязательные процессы).
Сенсор
Преобразование
сигнала
Аналогово-цифровой
преобразователь
Сбор информации
Процесс
Выработка
управляющих сигналов
Актуатор
Преобразование
сигнала
Цифро-аналоговый
преобразователь
Активация
Рис. 11.5 – Сбор данных и управление в сенсорных сетях
148
Основной областью применения сенсорной сети является
контроль и мониторинг измеряемых параметров физических
сред и объектов и в некоторых случаях – управление этими объектами (активация в них определенных процессов). Примеры
сенсорных сетей: всепроникающие сенсорные сети (USN –
Ubiquitous Sensor Network), сети для транспортных средств
(VANET – Vehicular Ad Hoc Network), медицинские сети
(MBAN – Medicine Body Area Network) и др.
Область покрытия сенсорной сети может составлять от
нескольких метров до нескольких километров за счёт способности ретрансляции сообщений от одного элемента сети к другому. Сенсорная сеть обладает способностью к ретрансляции сообщений по цепочке от одного узла к другому, что позволяет в
случае выхода из строя одного из узлов организовать передачу
информации через соседние узлы без потери качества. Сама сеть
определяет оптимальный маршрут движения информационных
потоков (рис. 11.6).
Внешняя
сеть
Сенсорный узел
Шлюз
Рис. 11.6 – Маршрутизация информации в беспроводной сенсорной сети
Самоорганизующаяся (лат. аd hoc – «по месту») сеть связи
– сеть, в которой число узлов является случайной величиной во
времени и может изменяться от 0 до некоторого максимального
значения. Взаимосвязи между узлами в такой сети также случайны во времени и образуются для передачи информации между подобными узлами и во внешнюю сеть связи.
Беспроводная сенсорная сеть (БСС) (англ. WSN – Wireless
Sensor Network) – распределённая, самоорганизующаяся сен-
149
сорная сеть множества сенсоров и исполнительных устройств,
объединенных между собой посредством радиоканалов.
Достоинства беспроводных сенсорных сетей:
 способность к самовосстановлению и самоорганизации;
 способность передавать информацию на значительные
расстояния при малой мощности передатчиков (путем ретрансляции);
 низкая стоимость узлов и их малый размер;
 низкое энергопотребление и возможность электропитания от автономных источников;
 простота установки, отсутствие необходимости в прокладке кабелей (благодаря беспроводной технологии и питанию
от батарей);
 возможность установки таких сетей на уже существующий и эксплуатирующийся объект без проведения дополнительных работ;
 низкая стоимость технического обслуживания.
По размерам физической зоны размещения БСС относятся
к классу беспроводных персональных вычислительных сетей
WPAN (Wireless Personal Area Networks). Важнейшим фактором
при работе беспроводных сенсорных сетей является ограниченная емкость батарей, устанавливаемых на сенсорные узлы. Следует учитывать, что заменить батареи чаще всего невозможно. В
связи с этим необходимо выполнять на сенсорах только простейшую первичную обработку, ориентированную на уменьшение объема передаваемой информации, и, что самое главное,
минимизировать число циклов приема и передачи данных. Для
решения этой задачи разработаны специальные коммуникационные протоколы. Наиболее известными из протоколов БСС
являются протоколы альянса ZigBee на базе стандарта IEEE
802.15.4, который описывает физический уровень и уровень доступа к среде для беспроводных сетей передачи данных на небольшие расстояния (до 75 м) с низким энергопотреблением, но
с высокой степенью надежности.
150
Технологии межмашинных коммуникаций М2М
Межмашинное взаимодействие (машинно-машинное взаимодействие, англ. Machine-to-Machine, M2M) – общее название
технологий, которые позволяют машинам обмениваться информацией друг с другом, или же передавать её в одностороннем
порядке в автоматическом режиме между устройствами без участия человека. Технологии M2M можно рассматривать как
частный случай IoT применительно к автоматизации различных
технологических и бизнес процессов. M2M технологии применяются в самых различных сферах – в энергетике, логистике,
грузоперевозках, финансах, торговле, безопасности, менеджменте, здравоохранении, образовании и др. В транспортной
сфере технологии M2M используются, например, для диагностики двигателей, мониторинга транспорта, спутникового слежение за автотранспортом, ГЛОНАСС/GPS контроля водителей
и грузов и др. Характерными примерами использования М2М в
быту являются измерение и передача показателей счетчиков
расхода энергоресурсов (электроэнергии, воды, газа и т.п.),
обеспечение безопасности дома (охранная и пожарная сигнализации, контроль протечек воды).
Технология связи на малых расстояниях NFC
Технология связи на малых расстояниях NFC (Near Field
Communication) представляет собой комбинацию нескольких
существующих бесконтактных технологий радиочастотной
идентификации и связи. Эта технология – простое расширение
стандарта бесконтактных карт, которая объединяет интерфейс
смарткарты и считывателя в единое устройство. Устройство
NFC может поддерживать связь и с существующими смарткартами и считывателями и с другими устройствами NFC, и таким
образом совместимо с существующей инфраструктурой бесконтактных карт, уже использующейся в общественном транспорте
и платежных системах. NFC нацелена, прежде всего, на использование в мобильных телефонах. Технология NFC позволяет
обмениваться различной информацией, например, номерами
151
телефонов, картинками, музыкальными файлами или ключами
цифровой авторизации между двумя расположенными близко
друг к другу устройствами с поддержкой NFC. Это могут быть
любые портативные устройства, а также смарт-карты или считывающие устройства RFID. Данная технология может использоваться в качестве ключа доступа к данным или сервисам, таким как безналичная оплата или электронный замок.
Частота работы системы NFC – 13,56 МГц, скорость передачи – 106 кбит/с (возможны 212 кбит/с и 424 кбит/с) на расстоянии примерно 10 см. В отличие от существующих технологий
бесконтактной связи на данном диапазоне частот, которые позволяют передавать информацию только от активного устройства
пассивному, NFC обеспечивает обмен между двумя активными
(равноправными) устройствами. Таким образом, NFC можно
использовать для доступа к устройствам радиочастотной идентификации RFID. В основе технологии NFC лежит индуктивная
связь (рис. 11.7). Каждое устройство имеет собственный источник питания, поэтому сигнал несущей отключается сразу после
окончания передачи.
Опрашивающее устройство
Поле
Электронная
схема
Электромагнитное
поле
Прослушивающее устройство
Электронная
схема
Данные
Рис. 11.7 - Принцип обмена данными по технологии NFC
11.4 Применение Интернета вещей
На основе Интернета вещей могут быть реализованы всевозможные «умные» (smart) приложения в различных сферах
деятельности и жизни человека:
«Умная планета» – человек сможет буквально «держать
руку на пульсе» планеты: своевременно реагировать на упуще-
152
ния в планировании хозяйств, загрязнения и другие экологические проблемы, а значит, эффективно распоряжаться невозобновляемыми ресурсами.
«Умный город» – городская инфраструктура и сопутствующие муниципальные услуги, такие как образование, здравоохранение, общественная безопасность, ЖКХ, станут более связанными и эффективными.
«Умный дом» – система будет распознавать конкретные
ситуации, происходящие в доме, и реагировать на них соответствующим образом, что обеспечит жильцам безопасность, комфорт и ресурсосбережение.
«Умная энергетика» – будет обеспечена надежная и качественная передача электрической энергии от источника к приемнику в нужное время и в необходимом количестве.
«Умный транспорт» – перемещение пассажиров из одной
точки пространства в другую станет удобнее, быстрее и безопаснее.
«Умная медицина» – врачи и пациенты смогут получить
удаленный доступ к дорогостоящему медицинскому оборудованию или к электронной истории болезни в любом месте, будет
реализована система удаленного мониторинга здоровья, автоматизирована выдача лекарственных препаратов больным и многое другое.
11.5 Проблемы внедрения IoT
Широкому внедрению Интернета вещей препятствуют
сложные технические и организационные проблемы, в частности, связанные со стандартизацией. Единых стандартов для интернета вещей пока нет, что затрудняет возможность интеграции предлагаемых на рынке решений и во многом сдерживает
появление новых.
К факторам, замедляющим развитие Интернета вещей,
следует отнести сложности перехода существующего Интернета
к новой, 6-й версии протокола IP, прежде всего необходимость
больших финансовых затрат со стороны телекоммуникационных операторов на модернизацию сетевого оборудования.
153
Одна из проблем IoT – защита данных в глобальных сетях.
Существует также серьезная проблема, связанная с вторжением
Интернета вещей в частную жизнь. Возможность отслеживать
местонахождение людей и их собственности ставит вопрос о
том, в чьем распоряжении могут оказаться эти сведения.
Также для полноценного функционирования такой сети
необходима автономность всех «вещей», т.е. датчики должны
научиться получать энергию из окружающей среды, а не работать от батареек, как это происходит сейчас.
Кроме того, с появлением Интернета вещей возникнет
необходимость изменения общепринятых и проверенных бизнес-процессов и стратегий, что может привести к значительным
финансовым затратам и рискам.
Основные драйверы и проблемы внедрения Интернета
вещей приведены в табл. 11.1
Таблица 11.1 Драйверы и барьеры внедрения Интернета вещей
Драйверы
Барьеры
Стремительное развитие инфокоммуникационных технологий
Необходимость принятия
общих стандартов
Мода на смартфоны, планшеты и
другие мобильные устройства
Медленный переход к протоколу IPv6
Логистика и управление поставками
Риск закрытости частных
сетей
Повышение безопасности и удобства автотранспорта
Несовместимость ряда
компонентов
Необходимость сохранения окру- Проблема защиты персожающей среды и снижения энерго- нальных данных и безопасзатрат
ности
Развитие сферы контроля за
Сравнительно высокая стоконтрафактной продукцией и защиимость внедрения
ты от краж
Поддержка государств и действия
инноваторов
154
Однако все перечисленные недостатки не существенны по
сравнению с тем, какие возможности может дать Интернет вещей для человечества. Поэтому рано или поздно человечество
неизбежно будет широко использовать технологии IoT.
11.6 Будущие сети (Future Networks)
Мировое сообщество в лице Международного союза электросвязи (МСЭ) считает, что приблизительно в период 20152020 годов должны появиться сети будущего – Future Networks
(FN).
Следует сразу отметить, что в целом между сетями NGN и
FN нет принципиальной разницы, это очень близкие концепции.
Речь идет об эволюционном, а не революционном пути развития
сетей следующего поколения с постепенным переходом к сетям
будущего. Принципиальное отличие будущих сетей от сетей
NGN в том, что они способны обеспечить новые революционные инфокоммуникационные услуги, которые трудно или даже
невозможно реализовать с использованием имеющихся сетевых
технологий.
Будущие сети должны выполнять ряд целевых установок,
отражающих новые требования пользователей и приложений и
которые не были столь важны или не были реализованы в достаточной степени в существующих сетях. Эти целевые установки
выражаются в виде соответствующих свойств будущих сетей,
обуславливающих их четкое отличие от существующих сетей.
На рис. 11.8 изображены взаимосвязи между четырьмя целевыми установками (изображенных в виде сегментов) и двенадцатью свойствами (указанными в прямоугольниках).
Цель №1. Расширение спектра предоставляемых услуг.
Цель №2. Возможность обработки больших массивов данных.
Цель №3. Экологические аспекты (уменьшение энергопотребления и следовательно влияния на экологию).
Цель №4. Социально-экономические аспекты (равноправный экономичный доступ к услугам).
155
Сегмент
услуг
Разнообразие усулг
Сегмент
данных
Функциональная гибкость
Виртуализация ресурсов
Управление сетью
Мобильность
Доступ к данным
Надежность и безопасность
Идентификация
Энергопотребление
Универсализация услуг
Оптимизация
Экономические стимулы
Социальноэкономический
сегмент
Экологический
сегмент
Рис. 11.8 – Цели создания и свойства будущих сетей (МСЭ-Т Y.3001)
Основные свойства будущих сетей:
1. Виртуализация сетевых функций – по аналогии с вычислительной техникой возникновение идеи виртуализации сетевых функций в будущих сетях обусловлено потребностями
сетевых операторов ускорить ввод новых сетевых услуг, обеспечив тем самым эффективность бизнеса и рост клиентской базы. Актуальность этой идеи обусловлена тем, что традиционное
развитие сетевой инфраструктуры через инвестиции в новое сетевое оборудование перестало быть оптимальным, а принципы
виртуализации стали более перспективными для быстрого и
масштабируемого решения задач разработки, развертывания и
поддержания новых сетевых услуг в будущих сетях.
2. В сетях будущего необходима новая идентификационная архитектура, которая обеспечит поддержку внутренней
мобильности услуг и оптимальный доступ к данным. Такая
идентификационная архитектура должна иметь новые идентификаторы объектов коммуникаций и эффективно поддерживать
новые телекоммуникационные услуги в сетях будущего.
3. Реализация умных всепроникающих сетей SUN (Smart
Ubiquitous Networks), которые МСЭ определил как ближайшее
156
практическое воплощение концепции будущих сетей. Сети SUN
– это пакетные IP-сети, которые могут обеспечить предоставление широкого спектра существующих и новых услуг связи для
людей и любых вещей. Сеть является умной в том смысле, что
она основана на знаниях, контекстно-зависимая, адаптивная,
автономная и программируемая и может предоставлять услуги
эффективно и безопасно. Сеть всепроникающая в том смысле,
что позволяет получить доступ к ней в любое время, в любом
месте, с помощью разнообразных технологий и устройств доступа, в том числе оконечных устройств пользователя, а также
человеко-машинных интерфейсов.
Основные технологии будущих сетей: программноконфигурируемые сети SDN, технология виртуализации сетевых
функций NFV, когнитивные системы и сети, программноконфигурируемое радио SDR и др.
Концепция будущих сетей неразрывно связана с перспективами развития самой массовой сети инфокоммуникаций – Интернета. От того, как будут реализованы телекоммуникационные сети в будущем, во многом будет зависеть дальнейшее
успешное развитие Интернета. С другой стороны, сегодняшние
и вновь возникающие требования к сетевой инфраструктуре со
стороны Интернета являются одним из главных побудительных
мотивов для развития телекоммуникационных сетей в ближайшей и отдаленной перспективах. Поэтому большинство существующих зарубежных исследовательских проектов в области
инфокоммуникаций направлено на разработку принципов построения Интернета будущего FI (Future Internet).
Выводы по разделу 11
1. Интернет вещей – это глобальная сеть компьютеров,
датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств (актуаторов),
связывающихся между собой с использованием сетей на базе
протокола IP.
2. Эталонная модель IoT похожа на модель NGN и включает четыре горизонтальных уровня: приложений IoT, поддерж-
157
ки приложений и услуг, сетевой и устройств IoT, а также два
вертикальных: эксплуатационного управления и безопасности.
3. Базовыми технологиями Интернета вещей являются
радиочастотная идентификация RFID, беспроводные сенсорные
сети WSN, межмашинные коммуникации М2М и связь на малых
расстояниях NFC.
4. На основе Интернета вещей могут быть реализованы
всевозможные «умные» (smart) приложения в различных сферах
деятельности и жизни человека: планета, город, дом, жизнь и др.
5. Будущие сети (Future Networks) способны обеспечить
новые революционные инфокоммуникационные услуги, которые трудно или даже невозможно реализовать с использованием
имеющихся сетевых технологий.
Вопросы для самопроверки по разделу 11
1. В чем суть идеи Интернета вещей?
2. Поясните символическую формулу Интернета вещей.
3. Какие уровни имеются в архитектуре Интернета вещей?
Укажите их назначение.
4. Поясните принципы технологии радиочастотной идентификации RFID?
5. Что такое сенсорная сеть? Из каких элементов она состоит?
6. В чем особенность самоорганизующейся беспроводной сети?
7. Укажите достоинства беспроводных сенсорных сетей.
8. Что общего и чем отличаются межмашинные коммуникации
М2М и Интернет вещей?
9. Как работает технология связи на малых расстояниях NFC?
Где она применяется?
10. Приведите примеры практического применения Интернета
вещей.
11. Укажите драйверы и проблемы внедрения Интернета вещей.
12. Что общего и чем отличаются будущие сети Future Networks
и сети NGN?
13. Какие основные цели создания будущих сетей?
14. Укажите основные свойства будущих сетей.
158
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
3GPP (Third Generation Partnership Project) – проект партнерства
3G
AAA (Authentication, Authorization, Accounting) – аутентификации, авторизации и учета
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) – асимметричная
цифровая абонентская линия
AGW (Access Gateway) – шлюз доступа
AS (Appication Server) – сервер приложений
AuC (Authentication Center) – центр аутентификации
BIB (Backward Indicator Bit) – обратный бит-индикатор
BICC (Bearer Independent Call Control) – протокол, не зависящий
от среды передачи
BSN (Backward Sequence Number) – обратный порядковый номер
BSSAP (Base Station System Application Part) – прикладная подсистема базовых станций
CA (Call Agent) – устройство управления вызовами
CAP (CAMEL Application Part) – расширенная логика предоставления интеллектуальных услуг в сотовой сети GSM
CIC (Circuit Identification Code) – код идентификации канала
CS (Call Server) – сервер вызовов
CSCF (Call Session Control Function) – функция управления вызовами/сессиями
DPC (Destination Point Code) – код пункта назначения
ETSI – Европейский институт стандартизации телекоммуникаций
F (Flag) – флаг
FIB (Forward Indicator Bit) – прямой бит-индикатор
FISU (Fill In Signal Unit) – заполняющая сигнальная единица
FN (Future Networks) – будущие сети
FSN (Forward Sequence Number) – прямой порядковый номер
FTTB (Fiber to the Building) – волокно до здания
FTTH (Fiber to the Home) – волокно до жилища (квартиры или
отдельного коттеджа)
FTTx (Fiber To The х) – смешанные (гибридные) меднооптические технологии доступа
159
GK (GateKeeper) – привратник
GSN (Gateway Serving Node) – пограничный узел обслуживания
HSS (Home Subscriber Server) – сервер домашних абонентов
IAD (Integrated Access Device) – устройства интегрированного
доступа.
I-CSCF (Interrogating CSCF) – запрашивающая функция.
IMS (IP Multimedia Subsystem) – подсистема передачи мультимедийных сообщений
IN (Intelligent Network) – интеллектуальная сеть
INAP – прикладная подсистема пользователя услуг интеллектуальной сети
IoT (Internet of Things) – Интернет вещей
ISDN (Integrated Service Digital Network) – цифровая сеть с интеграцией служб
ISN (Interface Serving Node) – интерфейсный узел обслуживания
ISUP (Integrated Service User Part) – подсистема пользователя
сети ISDN
IUA (ISDN User Adaptation Layer) – пользовательский уровень
адаптации сети ISDN
LI (Length Indicator) – индикатор длины
LSSU (Link Status Signal Unit) – сигнальная единица состояния
звена
LTE (Long Term Evolution) – сеть долговременной эволюции
M2M (Machine-to-Machine) – межмашинные коммуникации
M2UA (MTP2 User Adaptation Layer) – пользовательский уровень адаптации МТР уровня 2
M2РА (MTP2 Peer-to-Peer Adaptation Layer) – одноранговый
пользовательский уровень адаптации уровня МТР2
M3UA (MTP3 User Adaptation Layer) – пользовательский уровень адаптации МТР уровня 3
MAP (Mobile Application Part) – прикладная подсистема пользователя сети GSM для реализации функций роуминга
MGCP (Media Gateway Control Protocol) – протокол управления
шлюзами
MGW (Media Gateway Controller) – контроллер медиашлюзов
MGW (Media Gateway) – медиа (транспортный) шлюз
MRF (Media Resource Function) – медиасервера
160
MRFC (Media Resource Function Controller) – контроллер мультимедийных ресурсов
MRFP (Media Resource Function Processor) – процессора мультимедийных ресурсов
MSU (Message Signal Unit) – значащая сигнальная единица
MTP (Message Transfer Part) – подсистема передачи сообщений
NFC (Near Field Communication) – коммуникации малого радиуса действия
NFV (Network Functions Virtualization) – технология виртуализации сетевых функций
NGN (Next Generation Networks) – сети следующего поколения
OAN (Optical Access Network) – оптических сетей доступа
OLT (Optical Line Terminal) – терминал оптической линии
OLT (Optical Line Terminal) – терминал оптической линии
ONU (Optical Network Unit) – оптическое сетевое устройство
ONU (Optical Network Unit) – оптическое сетевое устройство
OPC (Origination Point Code) – код пункта отправления
P-CSCF (Proxy CSCF) – проксирующая (представительная)
функция
PDF (Policy Decision Function) – функция выбора политики
PON (Passive Optical Network) – пассивная оптическая сеть
PTM (Point-To-Multipoint) – конфигурация "точка – множество
точек"
PTP (Point-To-Point) – конфигурация "точка – точка"
RAGW (Residential Access Gateway) – резидентный шлюз доступа
RFID (Radio Frequency IDentification) – радиочастотная идентификация
RTCP (Real Time Control Protocol) – протокол управления передачей в реальном времени
RTP (Real-time Transport Protocol) – протокол передачи в реальном времени
SCCP (Signalling Connection Control Part) – подсистема управления соединением сигнализации
S-CSCF (Serving CSCF) – обслуживающая функция CSCF
SDN (Software-Defined Networking) – программноконфигурируемая сеть
161
SDP (Session Description Protocol) – протокол описания сессий
SDR (Software-Defined Radio) – программно-конфигурируемое
радио
SEP (Signalling End Point) – оконечный пункт сигнализации
SF (Status Field) – поле состояния
SGW (Signalling Gateway) – сигнальный шлюз
SI (Service Indicator) – индикатор службы
SIF (Signalling Information Field) – поле сигнальной информации
SIO (Service Information Octet) – байт служебной информации
SIP (Session Initiation Protocol) – протокол инициирования сеансов
SLF (Subscription Locator Function) – функции определения местоположения абонента
SLS (Signalling Link Selection) – поле селекции звена сигнализации
SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой протокол управления сетями связи
SPR (Signalling Point Relay) – пункт ретрансляции сообщений
подсистемы SCCP
SSF (Subservice Field) – поле подвида служб
STP (Signalling Transfer Point) – транзитный пункт сигнализации
SU (Signal Unit) – сигнальная единица
SUA (SCCP User Adaptation Layer) – пользовательский уровень
адаптации уровня SCCP
TCAP (Transaction Capabilities Application Part) – подсистема
возможностей транзакций
TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей
TGW (Trunking Gateway) – транкинговый (транзитный) шлюз
TSN (Transit Serving Node) – транзитный узел обслуживания
UA (User Adaptation) – уровень адаптации
UAC (User Agent Client) – клиент агента пользователя
UAS (User Agent Server) – сервер агента пользователя
UDP (User Datagram Protocol) – протокол передачи пользовательских дейтаграмм
V5UA (V5.2-User Adaptation Layer) – пользовательский уровень адаптации интерфейса V 5.2
162
VoD (Video-on-Demand) – передача видео (записанное ТВ или
фильмы) по запросам
VoIP (Voice over IP) – передачи голоса по пакетным сетям на
базе протокола IP
WDM (Wave Division Multiplexing) – мультиплексирование по
длине волны
WSN (Wireless Sensor Network) – беспроводные сенсорные сети
ААЛ – аналоговая абонентская линия
АСК – аналоговая система коммутации
АСК – аналоговые системы коммутации (декадно-шаговые и
координатные АТС)
АСП – аналоговая система передачи
АСП – аналоговые системы передачи
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
БС – базовая станция
ВЛС – воздушная линия связи
ВОЛС – волоконно-оптическая линия связи
ВРК – временное разделение каналов (TDM)
ВСС РФ – Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации
ГИИ – глобальная информационная инфраструктура
ГК – гибкий коммутатор (softswitch)
ГТС – городская телефонная сеть
ЕАСС – Единой Автоматизированной Сети Связи
ЕСЭ – Единая сеть электросвязи РФ
ЗС – звено сигнализации
ЗТУ – зоновый транзитный узел
КК - коммутация каналов
КП - коммутация пакетов
КСЛ – комплект соединительных линий
КТВ – кабельное телевидение
ЛЦК – локальный центр коммутации
МК – медный кабель
МНТ – международная телефонная станция
МЦК – международный центр коммутации
ОВ – оптическое волокно
ОКС – общий канал сигнализации
ОПС – опорная станция
163
ОПТС – опорно-транзитная станция
ОС – оконечная станция
ОЦК – основной цифровой канал 64 кбит/с
РАТС – районная АТ
РК – разговорный канал
РЭ – радиоэфир
СЕ – сигнальная единица
СК (Check Bits) – проверочные биты
СКД – сеть коллективного доступа
СПД – сеть передачи данных
СПС – сеть подвижной связи
СС и СК – сети связи и системы коммутации
ССС – система спутниковой связи
СТС – сельская телефонная сеть
СУВ – сигналы управления и взаимодействия
ТА – телефонный аппарат
ТМгУС – транзитный междугородный узел связи
ТМнУС – транзитный международный узел связи
ТС – транзитная станция
ТфОП – телефонная сеть общего пользования
ТЦК – территориальный центр коммутации
ТЧ – тональные частоты в диапазоне 0,3-3,4 кГц
УАК – узел автоматической коммутации
УАТС – учрежденческая АТС
УВС – узел входящих сообщений
УИС – узел исходящих сообщений
УР – узловой район
УС – узловая станция
ЦАЛ – цифровая абонентская линия
ЦС – центральная станция
ЦСК – цифровая система коммутации.
ЦСП – цифровая система передачи
ЦТА – цифровой телефонный аппарат
ЧРК – частотное разделение каналов
ЭМВОС – эталонная модель взаимодействия открытых систем
ЭУМ – электронная управляющая машина
164
ЛИТЕРАТУРА
Основная
Учебник
Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи /
Учебник для ВУЗов. – СПб, БХВ-Петербург, 2010.
Учебные пособия
1. Росляков А.В. Сети следующего поколения. Часть I, II /
Учебное пособие. – Самара, ПГАТИ, 2008.
2. Росляков А.В. Сети доступа / Учебное пособие. – Самара,
ПГАТИ, 2008.
3. Проектирование цифровой городской телефонной сети /
Учебное пособие под ред. Рослякова А.В. – Самара, ПГАТИ,
1999.
4. Росляков А.В. Методические указания к практическим занятиям по учебной дисциплине «Сети связи». – Самара,
ПГУТИ, 2014.
5. Росляков А.В. Зарубежные и отечественные платформы сетей NGN / Учебное пособие. – Самара, ПГУТИ, 2013.
6. Росляков, А. В. Интернет вещей [Текст]: учебное пособие /
А. В. Росляков, С. В. Ваняшин, А. Ю. Гребешков; ПГУТИ. –
Самара: ИУНЛ ПГУТИ, 2015. - 200 с.
Дополнительная
1. Росляков А.В., Ваняшин С.В. Будущие сети (Future
Networks). – Самара: ПГУТИ, 2015. – 274 с.
2. Росляков А.В. Мультисервисные платформы сетей следующего поколения NGN. Т. 1. Отечественные системы. – Самара: ПГУТИ, ООО «Издательство Ас Гард», 2012. – 312 с.
3. Росляков А.В., Гребешков А.Ю., Ваняшин С.В, Хаёров А.А.
Мультисервисные платформы сетей следующего поколения
NGN / под ред. А.В. Рослякова. - Т. 2. Зарубежные системы.
– Самара: ПГУТИ, ООО «Издательство Ас Гард», 2012. –
344 с.
165
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
3 065 Кб
Теги
posobie, 2017, uchebnoy, roslyakovav, svyazi, seti
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа