Архитектура протоколов транспортной мультисервисной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Контрольная работа

на тему «Архитектура протоколов транспортной мультисервисной сети»

по дисциплине: «Мультисервисные сети связи»

Новосибирск - 2013

Содержание

1. Сравнение концепций NGN и IMS

2. Отобразить элементы сети, включенные в маршрут, согласно варианту и отобразить профили протоколов

3. Дать характеристику каждому протоколу и интерфейсу согласно варианту

3.1 ISUP

3.2 MTP

3.3 Поток Е1

3.4 MGCP

3.5 UDP

3.6 IP

3.7 Ethernet

3.8 Речевой кодек G.729

3.9 RTP

Список литературы

1. Сравнение концепций NGN и IMS

транспортный мультисервисный сеть протокол

Дать развернутый ответ на теоретический вопрос по теме мультисервисной сети в соответствии с вариантом, заданным в Табл.1.1.

Таблица 1.1

n/n	Тема
1	Сравнение концепций NGN (ITU-T, реком. серии Y) и IMS (3GPP)

Решение:

Операторы связи стремятся получать все новые прибыли, что заставляет их задуматься над созданием сети, которая позволяла бы:

расширять спектр предоставляемых услуг и повышать их качество, чтобы привлекать новых абонентов и удерживать существующих;

уменьшать эксплуатационные затраты на поддержку услуг и абонентов;

быть независимыми от поставщиков оборудования;

быть в итоге конкурентоспособными.

Достижение этих целей возможно в рамках Глобального информационного общества (GIS) с соответствующей Глобальной информационной инфраструктурой (GII), которая должна обеспечить возможность недискриминационного доступа к информационным ресурсам каждого жителя планеты.

Информационную инфраструктуру составляет совокупность:

баз данных,

средств обработки информации,

взаимодействующих транспортных сетей связи

терминалов пользователя.

Доступ к информационным ресурсам в ГИИ реализуется посредством услуг связи нового типа, получивших название услуг Информационного общества или инфокоммуникационных услуг (ИКУ - Infocommunication Services - ICS).

На сегодняшний день развитие ИКУ осуществляется, в основном, в рамках компьютерной сети Интернет, доступ к услугам которой происходит через традиционные сети связи.

Однако, услуги Интернет, ввиду ограниченных возможностей транспортной инфраструктуры не отвечают современным требованиям, предъявляемым к услугам информационного общества.

В связи с этим развитие ИКУ требует создания новой технологической основы, включая новую транспортную сеть.

Различными организациями предложены следующие концепции для реализации GII:

ITU-T предложила концепцию NGN

3GPP предложила концепцию IMS

К ИКУ предъявляются такие требования, как:

мобильность услуг;

возможность гибкого и быстрого создания новых услуг;

гарантированное качество услуг.

Большое влияние на требования к ИКУ оказывает процесс конвергенции, приводящий к тому, что ИКУ становятся доступными пользователям вне зависимости от способов доступа, что заставляет оператора развивая новые транспортные сети, обеспечивать их взаимодействие с существующими традиционными сетями через систему шлюзов и устройств управления шлюзами.

Требования к транспортным сетям

Принимая во внимание рассмотренные особенности ИКУ, могут быть определены следующие требования к транспортным сетям:

мультисервисность, под которой понимается независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

широкополосность, под которой понимается возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;

мультимедийность, под которой понимается способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

Понятие сети NGN и ее базовые принципы

В основу концепции построения сети связи следующего поколения положена идея о создании универсальной сети, которая бы позволяла переносить любые виды информации, а также обеспечивать возможность предоставления широкого спектра инфокоммуникационных услуг.

Определение из нормативных документов:

«Сеть следующего поколения - ССП (NGN - Next Generation Network) - концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений, предполагающая реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи».

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами.

NGN, которая потенциально должна объединить существующие сети связи (телефонные сети общего пользования - ТфОП, сети передачи данных - СПД, сети подвижной связи - СПС), обладает следующими характеристиками:

сеть на базе коммутации пакетов, которая имеет разделенные функции управления и переноса информации, где функции услуг и приложений отделены от функций сети;

сеть компонентного построения с использованием открытых интерфейсов;

сеть, поддерживающая широкий спектр услуг, включая услуги в реальном времени и услуги доставки информации (электронная почта), в том числе мультимедийные услуги;

сеть, обеспечивающая взаимодействие с традиционными сетями электросвязи;

сеть, обладающая общей мобильностью, т.е. позволяющая отдельному абоненту пользоваться и управлять услугами независимо от технологии доступа и типа используемого терминала и предоставляющая абоненту возможность свободного выбора поставщика услуг.

Сети электросвязи, построенные на основе концепции NGN, обладают следующими преимуществами перед традиционными сетями электросвязи.

Для оператора:

построение одной универсальной сети для оказания различных услуг;

повышение среднего дохода с абонента за счет оказания дополнительных мультимедийных услуг;

оператор NGN может наиболее оптимально использовать полосу пропускания для интеграции различных видов трафика и оказания различных услуг;

NGN лучше приспособлена к модернизации и расширению;

NGN сокращает издержки оператора на управление и эксплуатацию;

оператор NGN располагает возможностью быстрого внедрения новых услуг и приложений с различным требованием к объему передаваемой информации и качеству ее передачи.

Для пользователя:

абстрагирование от технологий реализации услуг электросвязи (принцип черного ящика);

гибкое получение необходимого набора, объема и качества услуг;

мобильность получения услуг.

Одной из основных целей построения NGN, является расширение спектра предоставляемых услуг.

услуги службы телефонной связи;

услуги служб передачи данных (предоставление выделенного канала, VPN,…);

услуги телематических служб ( "электронная почта ", "голосовая почта ", "доступ к информационным ресурсам ", VoIP, "аудиоконференция " и "видеоконференция ");

услуги поставщиков информации (контент-провайдеров): видео и аудио по запросу, "интерактивные новости ", электронный супермаркет, дистанционное обучение и др.

NGN будут поддерживать как уже существующее, так и новое оконечное оборудование, включая аналоговые телефонные аппараты, факсимильные аппараты, оборудование ЦСИС (цифровая сеть с интеграцией служб), сотовые телефоны различных стандартов, терминалы телефонии по IP-протоколу (SIP и H.323), кабельные модемы и т.д.

Услуги NGN используют различные способы кодирования и передачи и включают в себя: многоадресную и широковещательную передачу сообщений, передачу чувствительного и нечувствительного к задержкам трафика, услуги обычной передачи данных, услуги реального масштаба времени, диалоговые услуги.

В своей статье [5] кандидат технических наук А. Голышко сравнивает NGN и IMS с точки зрения перспектив развития:

Автор отмечает, что NGN -- это технические решения, появившиеся на этапе развития цифровой связи, когда трафик данных оказался важнее речевого трафика, а компьютеры -- важнее телефонов. Впрочем, даже современные телефоны -- это уже больше компьютеры, нежели телефоны. Будучи революционной концепцией, технология NGN изменяет все уровни современных систем связи, в основе которых отныне лежат сети передачи цифровых потоков. С другой стороны, для нормальной работы среды, ориентированной на компьютеры, а не на телефоны, и нужна коренная модернизация всех сетей связи. Тем более, что на компьютерах доступны любые мультимедиа-ресурсы и много всего другого.

А вот "традиционные" сети электросвязи не просто считали главной интерактивной услугой телефонную связь, но и строились по классической схеме на базе первичных сетей (среда передачи, создающая каналы связи и состоящая из транспортной сети и оборудования передачи) и вторичных сетей (использующих созданные каналы для передачи услуг). Технологии вторичных сетей развивались весьма активно, но они оставались по большей части узкоспециализированными (телефония, передача данных, вещание), хотя были и интегрированные решения в лице цифровых сетей с интеграцией служб (ЦСИС или ISDN), предоставляющих и телефонию, и низкоскоростной канал для передачи сообщений.

Итак, классическим принципом работы в "традиционных" сетях был принцип коммутации каналов. Собственно говоря, из него и выросло деление на первичную сеть, как совокупности каналов, и вторичные сети, где происходит коммутация каналов первичной сети по заданным правилам. Повысить качество связи и ввести некоторую унификацию услуг связи (довольно часто отдельная услуга связи требовала для себя ни много ни мало отдельной сети) помогла цифровизация сетей, но на деле она потребовала наличия довольно сложной иерархии каналов с различными скоростями передачи информации и различными проблемами по их объединению и выделению.

Но вот в NGN приоритетной становится передача данных, и уже нет никаких оснований для деления каналов связи на первичные и вторичные, потому что главным становится деление систем связи по линии "сеть -- пользователь". Теперь унифицированная сеть может осуществлять доставку любых услуг связи от транспортной сети через сети доступа, и основная проблема -- чтобы сети доступа имели достаточную пропускную способность для доставки тех или иных услуг связи. Таким образом, как минимум налицо серьезная экономия капитальных ресурсов, потому что отныне сеть нужна одна, а услуг может быть множество.

Что касается архитектуры NGN, то она содержит четыре основных уровня: транспорта, доступа, управления (коммутации) и услуг (контент, приложения и пр.). И наиболее интересным становится уровень управления, потому что в зависимости от его исполнения концепций создания NGN может быть несколько. Однако все они являются наследниками "компьютерной телефонии", которая преобразовывала сигнальные сообщения в "традиционной" телефонной сети (вернее, в ее системе сигнализации, управляющей вызовами) с помощью компьютеров и могла управлять вызовами иногда не хуже "больших" цифровых АТС. В свое время относительно дешевые системы "компьютерной телефонии" уже сумели разрушить монополию решений на базе цифровых АТС при создании интеллектуальных телефонных сетей.

Softswitch

На вопрос о сетевой интеграции телекоммуникационная индустрия нашла быстрый ответ, выпустив на рынок "программные коммутаторы" или Softswitch, которые могли коммутировать вызовы, поступающие от сетей связи, работающих по разным технологиям. Термин Softswitch изобрел когда-то американец Айк Элиот. Новые коммутаторы стали развиваться столь стремительно, что самые современные (и весьма недешевые) на тот момент цифровые АТС стали попросту неактуальными, моментально устарев морально. А весь телекоммуникационный мир начал строить NGN, в центре которых находился Softswitch. Разумеется, первой задачей первых NGN стали подхват телефонного трафика и отъем рынка у "традиционной" телефонии. Все это удалось.

Что касается определения, то в однозначном виде его тоже не существует. Тем не менее Softswitch или IP-АТС представляет собой комплекс программно-аппаратных средств, предназначенных для регистрации, управления оконечными и узловыми устройствами IP-сети, который также управляет маршрутизацией вызовов, различными услугами (переадресация, удержание, перевод вызова, конференции и т. п.), отслеживанием продолжительности соединений и т. д. На основе данных, полученных с этого программно-аппаратного комплекса, специальное ПО (биллинговые системы) определяет стоимость звонков и пользования услугами, которые предоставляет оператор. Системы позволяют подключать многие миллионы клиентских устройств (IP-телефонов, IP-шлюзов и т. п.) и управлять ими. С другой стороны, Softswitch представляет собой просто специализированное ПО, устанавливаемое на сервер. И если с IP-сетью у него "полное взаимопонимание", то для соединения с "традиционной" телефонной сетью Softswitch "разбрасывает щупальца" специализированных шлюзов на всех трех уровнях управления: передачи трафика (MG -- Media Gateway, медиашлюз), сигнализации (SG -- Signaling Gateway, сигнальный шлюз) и предоставления услуг (система управления гибридной сетью через протокол LDAP -- Lightweight Directory Access Protocol, упрощённый протокол для доступа к каталогу). Для координации работы всех шлюзов используется контроллер медиашлюзов MGC (Media Gateway Controller). MGС от разных коммутаторов могут соединяться друг с другом, образуя единую распределенную систему управления. Но это все, повторим, относится к управлению, что же касается непосредственно передачи трафика, то для преобразования TDM (вернее, каналов E1 по 2 Мбит/с) в IP используется шлюз транспортных каналов TG -- Transport Gateway.

Для присоединения к Softswitch сегментов IP-сетей применяют два вида серверов, поддерживающих обе базовые технологии, используемые в VoIP: SIP (Session Initiation Protocol) и Н.323, которые взаимодействуют с MGC по своим протоколам соответственно.

Но не одним процессом передачи данных ограничиваются функции Softswitch. В частности, к нему добавляется традиционное для многих IP-сетей устройство -- сервер ААА или "triple A" (Authentication, Authorization, Accounting -- идентификация, авторизация, тарификация), который взаимодействует с MGC по специализированному протоколу RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service -- служба дистанционной идентификации пользователей по телефону).

Итак, Softswitch -- это не только сетевое устройство, но и сетевая архитектура и даже, в определенной степени, идеология построения сети. В первую очередь, он реализует функции Call Agent, управляя обслуживанием вызовов, т. е. распознаванием и обработкой цифр номера для функций маршрутизации и распознаванием момента ответа вызываемой стороны, момента, когда один из абонентов кладет трубку, а также регистрацией этих действий для начисления платы. Softswitch координирует обмен сигнальными сообщениями между сетями, управляет действиями, обеспечивающими соединение с логическими объектами в разных сетях, и преобразует информацию в сообщениях с тем, чтобы они были понятны на обеих сторонах несхожих сетей. Один Softswitch, как правило, управляет одновременно несколькими транспортными шлюзами (TG). Соответственно, в сети может присутствовать несколько Softswitch, которые связаны между собой по протоколу SIP и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Кстати, Softswitch может управлять не только телефонным трафиком. Однако эта его функция так и не нашла широкого применения, потому что на рынке появилась вторая разновидность NGN.

IMS

В некотором роде платформы IMS (IP Multimedia Subsystem) -- это программно-аппаратные комплексы, являющиеся продолжением эволюции телефонных интеллектуальных платформ. Их история началась в 1993 г., когда были утверждены первые стандарты в области интеллектуальных сетей IN (Intelligent Network). Однако следует помнить, что классические платформы IN были недешевым удовольствием, в результате чего постепенно были побеждены таким, как тогда казалось, несерьезным приложением, как компьютерная телефония, которая оказалась весьма функциональной и на порядок дешевле.

В 1995 г. компания Dialogic представила дешевую и гибкую технологию CTI (Computer Telephony Integration), которая, однако, позволяла оператору участвовать в бизнесе предоставления услуг. В 1998 г. появились шлюзы Parlay, обеспечивавшие совместимость дополнительных услуг, однако они были ориентированы в основном на фиксированные сети связи и, к примеру, на их базе было сложно организовать роуминг. В 2002 г. партнерство 3GPP предложило концепцию IMS для мобильных сетей. Важным отличием платформы IMS от других сервисных платформ было наличие различных интерфейсов (Parlay, CAMEL, INAP), а также MGC и, что крайне важно, базы данных абонентов (HSS -- Home Subscriber Server), в которой хранятся также и сведения о терминальном оборудовании абонента (как в сетях мобильной связи). За счет этого услуги адаптируются для конкретного терминала вне зависимости от типа сети и организации роуминга услуг.

Потом появился проект TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking), ориентирующий архитектуру IMS на фиксированные сети, а также на конвергенцию фиксированных и мобильных сетей FMC (Fixed-Mobile Convergence). В итоге в рамках IMS действует множество серверов приложений, предоставляющих как обычные телефонные услуги, так и новые сервисы. IMS открывает дорогу услугам Push-to-Talk (полудуплексная связь, когда телефон используется как "уоки-токи") с функцией определения присутствия вызываемого абонента, потокового видео, технологии UMA (Unlicensed Mobile Access), PhotoTalk (фото-разговор), Instant messaging, MultiChat, а также услугам передачи мгновенных голосовых сообщений с анимацией, приложениям типа Whiteboard, позволяющим двум или более абонентам совместно редактировать рисунки и документы в режиме реального времени, решениям для организации многопользовательских видеоигр с поддержкой мобильных телефонов, PDA, обычных настольных ПК и многое другое.

Тогда как функция управления шлюзами у Softswitch является доминирующей, концепция IMS полностью базировалась на IP и проектировалась 3GPP (3-rd Generation Partnership Project) -- структуре, занимавшейся развитием одной из разновидностей мобильных сетей 3G. 3GPP не имела ничего общего как с официальными международными организациями традиционной телефонии (ITU-T), так и с IPCC (International Packet Communication Consortium), занимавшейся продвижением стандартов Softswitch. Основным протоколом IMS является SIP, позволяющий устанавливать сессии между абонентами и использовать IMS лишь как систему, предоставляющую сервисные функции по безопасности, авторизации, доступу к услугам и т. д. Взаимодействие всех конструктивных блоков решений, входящих в IMS, обеспечивается с помощью SIP. В IMS частично сглаживаются проблемы совместимости оборудования, присущие "пулу" решений Softswitch, поскольку взаимодействие всех функциональных модулей регулируется стандартами.

Устанавливая каждое соединение, IMS "следит", чтобы пользователям было обеспечено соответствующее качество обслуживания. Поскольку в общем виде контент может иметь не только разный объем, но и содержимое с весьма разной потребительской ценностью, IMS позволяет использовать в системе тарификации более эффективные бизнес-модели, которые полезны и удобны как операторам, так и пользователям. Ведь где-то мы платим за трафик, где-то за объем информации, а где-то за время пользования услугой или просто за сам факт ее использования. И еще в IMS применен новый подход к предоставлению услуг, позволяющий оператору внедрять услуги, созданные сторонними разработчиками, не имеющими отношения к поставщикам оборудования. И это весьма ценное свойство.

Современный рынок связи во многом развивается за счет новых интернет-сервисов, к внедрению которых в начале нового века "традиционные" операторы не то чтобы оказались не готовы, но поначалу не отнеслись к ним серьезно. Однако прошло каких-то 5--10 лет, и операторы получили новый источник дохода в лице предоставления ШПД (широкополосный доступ). Но проблема "оседлания" дополнительных сервисов решена ими не была. Поэтому предпосылки миграции "традиционных" сетей "традиционных" операторов к IMS--это острое нежелание выступать на рынке лишь в качестве "битовой" трубы, по которой идут сервисы (вместе с доходами) других провайдеров.

Основное преимущество IMS в том, что услуга единообразно сможет работать на сетях всех операторов, и тогда унифицированный сервис станет доступен в любой точке расположения абонента, как это происходит сегодня в Интернете. И ввод второй, третьей и последующих услуг обойдется владельцу IMS в "сущие копейки". И это одна из важных целей операторов, внедряющих IMS. Еще одна отличительная особенность услуг IMS от различных интернет-сервисов -- это возможность изменять в процессе сеанса связи число пользователей, набор оказываемых одновременно услуг, подключать дополнительные сервисы и менять полосу пропускания. Допустим, разговаривая с собеседником, вы, не прерываясь, включаете видеоконференцию еще с тремя коллегами, показываете им что-то на карте, демонстрируете избранные слайды из презентации и обмениваетесь документами. Ни один интернетсервис пока не может делать нечто подобное без прерывания сессии и начала новой. Правда, это еще нужно суметь объяснить потребителю. И суметь придумать какую-то нужную ему услугу.

Итак, IMS дает возможность традиционным телефонным операторам, операторам мобильной связи и различным сервис-провайдерам предлагать свои услуги пользователям всех типов сетей доступа и всех типов терминалов через единую опорную сеть на базе протокола IP-MPLS. При этом обеспечивается качество услуг телекоммуникационного класса, а не "что получится" (best effort), как в традиционном Интернете.

В целом архитектуры Softswitch и IMS имеют схожее уровневое деление (абонентских устройств и транспорта, управления вызовами и сеансами, а также серверов приложений), да и границы этих логических уровней проходят в обеих концепциях/архитектурах практически в одних и тех же местах. Разумеется, потенциал Softswitch рассчитан отнюдь не только лишь на предоставление услуг телефонии, и потому используется современными операторами не на все 100 %. С другой стороны, IMS как раз и "заточена" под все другие сервисы, поэтому в современном телекоммуникационном мире, в чем-то завидующем "гуглоподобным" сервис-провайдерам, идет постепенная миграция к IMS.

В своей статье [6] Г.Г. Яновский, заведующий кафедрой сетей связи СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича дает свою оценку концепций NGN и IMS, и подброно рассматривает факторы к их использованию: Несмотря на постоянно растущую сложность телекоммуникационных устройств и систем, протоколов и приложений, работы в направлении создания универсальной сетевой инфраструктуры продолжались, проходя последовательно этапы узкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания (сетей ISDN), широкополосных сетей ISDN (B-ISDN), сетей следующего поколения (NGN). Наконец, создание концепции IMS -- мультимедийной IP-ориентированной подсистемы связи, -- по мнению разработчиков оборудования, операторов и организаций стандартизации, открывает путь к построению такой универсальной сетевой инфраструктуры.

Ключевые факторы перехода к IMS

Концепция IP Multimedia Subsystem (IMS) описывает новую сетевую архитектуру, основным элементом которой является пакетная транспортная сеть, поддерживающая все технологии доступа и обеспечивающая реализацию большого числа инфокоммуникационных услуг. IMS изначально разрабатывалась применительно к построению мобильных сетей 3-го поколения на базе протокола IP. В дальнейшем концепция была принята Комитетом ETSI-TISPAN, усилия которого были направлены на спецификацию протоколов и интерфейсов, необходимых для поддержки и реализации широкого спектра услуг в стационарных сетях с использованием стека протоколов IP.

В настоящее время архитектура IMS рассматривается многими операторами и сервис-провайдерами, а также поставщиками оборудования как возможное решение для построения сетей следующего поколения и как основа конвергенции мобильных и стационарных сетей на платформе IP.

Причину возникновения концепции IMS именно в среде разработчиков стандартов для мобильных сетей можно объяснить следующим образом. Как известно, в последние годы операторы стационарных сетей активно поддерживают переход от традиционных телефонных сетей к сетям следующего поколения (NGN), связывая с ними определенные надежды на сокращение операционных расходов и капитальных вложений, развитие новых услуг, ожидая, как следствие, существенного повышения доходов.

Естественно, идея построения сетей NGN оказалась привлекательной и для мобильных операторов, которые в последние годы столкнулись с резким падением доходов, что связано, в том числе, и с дерегулированием рынка, ростом конкуренции, тарифными войнами, высоким от-током абонентов и т. д.

Однако следует признать, что основная технологическая идея сетей NGN -- разделение транспортных процессов и процессов управления вызовами и сеансами на базе элементов платформы Softswitch -- не была поддержана своевременной разработкой соответствующего набора стандартов. Это привело к тому, что основные сетевые элементы NGN, поставляемые различными производителями, оказались несовместимыми между собой как по интерфейсам, так и по своим функциям.

В сетях мобильных операторов, 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 (в первую очередь ETSI и 3GPP), которые начали разработку новых принципов построения и стандартов мобильных сетей 3G, основы-ваясь на уровневой архитектуре NGN.

По существу, концепция IMS возникла в результате эволюции сетей UMTS, когда область управления мультимедийными вызовами и сеансами на базе протокола SIP добавили к архитектуре сетей 3G. Среди основных свойств архитектуры IMS выделим следующие:

многоуровневость -- разделяет уровни транспорта, управления и приложений;

независимость от среды доступа -- позволяет операторам и сервис-провайдерам конвергировать фиксированные и мобильные сети;

поддержка мультимедийного персонального обмена информацией в реальном времени (например, голос, видео-

телефония) и аналогичного обмена информацией между людьми и компьютерами (например, игры);

полная интеграция мультимедийных приложений реального и нереального времени (например, потоковые приложения и чаты);

возможность взаимодействия различных видов услуг (например, услуга управления присутствием и Instant Messaging);

возможность поддержки нескольких служб в одном сеансе или организации нескольких одновременных синхронизированных сеансов.

Архитектура сетей 3G в соответствии с концепцией IMS имеет несколько уровней (плоскостей) с разделением по уровням транспорта, управления вызовами и приложений. Подсистема IMS должна быть полностью независима от технологий доступа и обеспечивать взаимодействие со всеми существующими сетями -- мобильными и стационарными, телефонными, компьютерными и т. д.

В спецификации, которая разрабатывалась ETSI совместно с Комитетом TISPAN, рассматривается взаимодействие мобильных и стационарных сетей, т. е. сделан первый реальный шаг в направлении конвергенции стационарных и мобильных сетей. Спецификация Release 7 добавляет две основные функции, которые являются ключевыми в стационарных сетях:

Network Attachment, которая обеспечивает механизм аутентификации абонентов и необходима в стационарных сетях, поскольку в них отсутствуют SIM-карты идентификации пользователя;

Resource Admission, резервирующая сетевые ресурсы в стационарных сетях для обеспечения сеансов связи.

Основным вкладом организации 3GPP2 в развитие стандартов для мобильных сетей 3G явилось распространение концепции IMS на сети CDMA2000 (IP-транспорт, SIP-сигнализация), описанное в спецификации под общим названием MultiMedia Domain (MMD).

Архитектура IMS

Спецификация 3GPP TS 23.003 V6.6.0 (декабрь 2004 г.) определяет IMS как архитектуру, содержащую в ядре сети элементы, обеспечивающие доставку мультимедийных IP-услуг (таких, как аудио, видео, текст, чаты и т. д. и их комбинации) через домен с пакетной коммутацией. Термин “подсистема” (subsystem) в названии концепции IMS (которая может быть переведена как “подсистема IP-ориентированной мультимедийной связи”) можно трактовать как название части сети, элементы которой расположены на плоскости управления вызовами между плоскостями транспорта и приложений.

Плоскость приложений (услуг)

Верхний уровень эталонной архитектуры IMS содержит набор серверов приложений, которые, в принципе, не являются элементами IMS. Эти элементы верхней плоскости включают в свой состав как мультимедийные IP-приложения, базирующиеся на протоколе SIP, так и приложения, реализуемые в мобильных сетях на базе виртуальной домашней среды. Еще один элемент плоскости приложений -- сервис-брокер SCIM (Service Capability Interaction Manager), обеспечивающий управление взаимодействием плоскости приложений и ядра IMS.

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, обратный вызов и ожидание вызова, с вызовом Интернет. Чтобы сделать это, архитектура IMS позволяет запустить множество услуг и управлять транзакциями между ними.

Архитектура TISPAN

Одним из наиболее важных результатов работы группы TISPAN является определение двух новых подсистем услуг в архитектуре IMS -- эмуляции сети ТфОП/ISDN (PSTN/ISDN Emulation) и имитации сети ТфОП/ISDN (PSTN/ISDN Simulation).

Идея эмуляции ТфОП на базе платформы IMS состоит в том, что в сети NGN формируется набор услуг, которые, с точки зрения пользователя, полностью соответствуют услугам сети ТфОП. Это означает, что для пользователя ТфОП ничего не меняется, хотя он и подключен к инфраструктуре IP. В случае эмуляции пользователь может использовать любые типы терминалов, в том числе и стандартный телефонный аппарат.

Имитация PSTN/ISDN обеспечивает услуги, которые в общем по своим свойствам близки услугам сетей ТфОП/ISDN, но имеют определенные отличия в деталях. Например, в этом случае существует возможность использовать большое число новых типов терминальных устройств, предлагать новые свойства, но при этом отсутствует возможность подключения к сети традиционных телефонных терминалов.

Имитация сети ТфОП/ISDN может рассматриваться, скорее, как эволюция традиционных сетей к сетям NGN, чем точное воспроизведение услуг ТфОП/ISDN. Обсуждая особенности обеих подсистем с позиций операторов и сервис-провайдеров, можно говорить о появлении двух возможных стратегий миграции к сетям NGN. В целом следует отметить, что новые спецификации TISPAN представляют собой серьезный шаг в развитии концепции IMS в направлении стационарных сетей, но полная стандартизация конвергируемых стационарных и мобильных сетей на базе архитектуры IMS еще впереди.

2. Отобразить элементы сети, включенные в маршрут, согласно варианту и отобразить профили протоколов

1. Отобразить на рисунке те элементы сети (рис.2.1), которые включены в Ваш маршрут, согласно Вашему варианту из табл.2.1

2. Отобразить на этом же рисунке профили протоколов (плоскость C или U) для всех элементов сети, входящих в Ваш маршрут, согласно Вашему варианту из табл.2.1

Рис. 2.1. Схема мультисервисной сети

В таблице 2.1 приведены варианты маршрутов в сети рис.2.1, по которым Вам надо отобразить все элементы схемы, входящие в Ваш маршрут, а также профили протоколов по элементам схемы, (от устройства А до устройства B), по маршруту, согласно вариантам задания (табл. 2.1).

Таблица 2.1

n/n	Маршрут, по которому надо отобразить профили протоколов	Плоскость
1	ТА1-АТС1-АТС3-TGW-ядро сети IP/MPLS-sw6-sw13-DSLAM-ADSLmodem-TA7(SIP)	U

Решение:

Рис.2.2. Заданный вариантом маршрут с указанием элементов сети и используемыми протоколами.

3. Дать характеристику каждому протоколу и интерфейсу согласно варианту

Дать характеристику каждому протоколу и интерфейсу по указанному в таблице 2.1 маршруту (текстовое описание, рисунки форматов заголовков - всего не более 10 страниц). Состав характеристик протокола или интерфейса:

Назначение протокола или интерфейса

Функции, поддерживаемые данным протоколом или интерфейсом (согласно уровню модели OSI и реализуемым возможностям)

Привести формат заголовков PDU для каждого протокола и краткие пояснения по каждому полю заголовка (размер поля, назначение каждого поля)

Решение:

Решение подготовлено с использованием материалов [1], [2], [3], [4] и [7].

Плоскость U - Протоколы для передачи пользовательской информации (данные, видео, звук).

Плоскость C - Протоколы для передачи управляющей информации (процессы установления соединения, его разъединения, а также для распределения ресурсов сети).

3.1 ISUP

Назначение

ISUP - Integrated Services User Part - Подсистема пользователя для сетей N-ISDN (протокол уровня 7 стека CCS7). Протокол ISUP - это часть ОКС№7, которая используется для управления вызовами в сетях N-ISDN и ТфОП.

Функции подсистемы ISUP

Подсистема ISUP используется как в сетях ISDN, так и в ТфОП, а также в сетях подвижной связи и сетях передачи данных.

Подсистема ISUP поддерживает межстанционную сигнализацию в цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN), обеспечивающую предоставление пользователям основных и дополнительных телефонных услуг с передачей как речи, так и неречевой информации, а также услуг ISDN, использующих сквозную сигнализацию. Сквозная сигнализация предполагает перенос сигнальной информации от исходящей станции до конечной станции назначения без анализа и обработки этой информации в промежуточных пунктах сигнализации. Сквозная сигнализация может быть обеспечена подсистемой ISUP двумя способами:

с использованием существующих транспортных средств подсистемы МТР - метод «pass along». Этот метод может использоваться для переноса информации, относящейся к уже установленному соединению, между двумя станциями. Перенос информации осуществляется по тому же сигнальному пути, который использовался для установления соединения.

с использованием расширенных транспортных возможностей, предоставляемых подсистемой управления сигнальными соединениями SCCP.

Сигнальный протокол подсистемы ISUP используется, прежде всего, для управления установлением соединения от станции вызывающего абонента до станции вызываемого абонента. Дополнительно к этому ISUP предоставляет средства для передачи информации, связанной с уже установленным соединением

Структура сообщения подсистемы ISUP

Сообщения ISUP переносятся в сигнальном информационном поле (SIF) значащих сигнальных единиц (MSU). Каждое сообщение содержит маршрутную этикетку, код-идентификатор канала, и информационное поле, в состав которого входят указатель типа сообщения и информационные элементы -- параметры, образующие три части информационного поля: обязательную фиксированной длины, обязательную переменной длины и необязательную.

Маршрутная этикетка содержит код исходящего пункта сигнализации и код пункта сигнализации назначения; она также включает поле выбора сигнального звена (SLS), которое используется для выбора между несколькими подсистемами MTP-3.

Код идентификации канала (CIC) ассоциирует каждое сигнальное сообщение с нужным двусторонним разговорным каналом. Тип сообщения идентифицирует имя сообщения ISUP. С помощью кода типа сообщения можно узнать перечень параметров, входящих в данное сообщение.

Обязательные поля фиксированной длины содержат обязательную информацию, размер которой заранее известен. Эти поля должны обязательно присутствовать в сообщении конкретного типа сообщения. Позиция, длина и порядок следования таких параметров заранее определены для каждого типа сообщения; поэтому идентификаторы и длины этих параметров в сообщении не указываются.

Обязательные параметры переменной длины образуют обязательную переменную часть сообщения. Эти параметры также должны присутствовать в сообщении всегда. Поскольку длина параметра заранее неизвестна, то для вычисления начала следующего параметра используют указатели и индикаторы длины параметра. Тип сообщения однозначно определяет порядок следования и идентификаторы всех обязательных параметров переменной длины.

Необязательные параметры -- это параметры, которые могут, как присутствовать, так и не присутствовать в данном типе сообщения. Длина их может быть фиксированной или переменной. Кроме того, необязательные параметры могут быть переданы в любом порядке. Каждый необязательный параметр содержит идентификатор своего названия и индикатор длины, за которыми следует само содержание параметра.



Рис. 3.1. Структура сообщения подсистемы ISUP.

Сообщения ISUP

Для ISUP специфицировано около 40 типов сообщений и около 80 параметров. Они передаются посредством подсистемы MTP или, реже, SCCP. Вот некоторые примеры типов сообщений:

Начальное адресное сообщение (IAM (Initial Address Message)) -- первое сообщение, посылаемое для информирования другой АТС, что для конкретного CIC в данном сообщении запрашивается установление соединения. Обычно содержит номер вызываемого и вызывающего абонента, тип сервиса (голос, данные и т. д.) и многие другие опциональные параметры.

Последующее адресное сообщение (SAM (Subsequent Address Message)) -- в случае, если IAM не содержит полной адресной информации, одно или несколько сообщений SAM содержат дополнительные цифры номера.

Сообщение о приеме полного номера (ACM (Address Complete Message)) -- сообщение, передаваемое оконечной АТС, когда был найден вызываемый абонент и его телефонный аппарат начинает звонить.

Сообщение ответа (ANM (Answer Message)) -- отправляется, когда вызываемый абонент снял трубку. Начиная с этого момента стартует начисление платы.

Запрос разъединения (REL (Release)) -- отправляется для разрушения установленного соединения, например, когда абонент положил трубку.

Подтверждение разъединения (RLC (Release complete)) -- подтверждение разъединения, означает, что разговорный канал свободен и может быть снова использован для осуществления нового вызова.

3.2 MTP

Назначение

MTP (Message Transfer Part) -- подсистема переноса сообщений, часть ОКС№7. MTP отвечает за гарантированную доставку сообщений в сети ОКС7. Подсистема МТР формирует и предоставляет услуги переноса сигнальной информации в виде сигнальных сообщений от пункта-отправителя через сеть ОКС к пункту-адресату.

Для выполнения функций MTP не требуется анализировать содержимое передаваемых сообщений, кроме их адресной составляющей.

Функции MTP

Подсистема МТР формирует и предоставляет услуги переноса сигнальной информации в виде сигнальных сообщений от пункта-отправителя через сеть ОКС к пункту-адресату. Пользователи услуг МТР -- это вышестоящие подсистемы, которые, в свою очередь, предоставляют свои услуги либо подсистемам, расположенным выше, либо непосредственно пользователям системы ОКС7, которыми являются разнообразные прикладные процессы узлов сети связи.

При этом, от подсистемы MTP требуется:

Обеспечить перенос сообщений без потерь

Обеспечить перенос сообщений без искажения содержания

Обеспечить перенос сообщений без нарушения последовательности передачи

Обеспечить перенос без дублирования сообщений

Отметим, что для выполнения указанных функций, MTP не требуется анализировать содержимое передаваемых сообщений, кроме их адресной составляющей.

Подсистема MTP занимает три нижних уровня модели OSI - Физический, Канальный и Сетевой (MTP1, MTP2, MTP3).

Уровень MTP1 -- выполняет функции звена передачи данных. Он преобразует цифровые данные в битовый поток для переноса информации по каналу связи. Этот уровень задает механические и электрические характеристики, соответствующие используемому физическому интерфейсу на сигнальном звене. Это звено образуется двумя каналами с противоположными направлениями передачи (как правило, со скоростью 64кбит/с).

Уровень MTP1 при помощи стандартных интерфейсов предоставляет уровню MTP2 услуги передачи битов, обеспечивая независимость функций второго уровня (и более высоких уровней) от характеристик передающей среды.

Уровень MTP2 содержит функции формирования сигнального звена между двумя смежными сигнальными точками сети ОКС7. Он реализует весь набор процедур по передаче сигнальных сообщений по данному звену. Функции второго уровня определяют структуру информации в сигнальном звене, и процедуры обнаружения и исправления ошибок.

Информация переносится от одной сигнальной точки к другой в информационных блоках, имеющих переменную длину и называемых сигнальными единицами. Существует три вида сигнальных единиц, различающихся по значению индикатора длины (LI):

Значащая сигнальная единица (MSU) -- LI>2 -- предназначена для переноса сигнальных сообщений, формируемых подсистемами-пользователями MTP.

Сигнальная единица статуса звена (LSSU) -- LI=1 или 2 -- предназначена для переноса информации о статусе сигнального звена, по которому она передается.

Заполняющая сигнальная единица (FISU) -- LI=0 -- обеспечивает фазирование звена, контроль ошибок на звене. Передается постоянно, когда нет передачи сигнальных единиц первых двух типов.

Уровень MTP3 реализует функции, обеспечивающие сквозную транспортировку сигнальных сообщений через сеть ОКС от подсистемы-отправителя одного пункта сигнализации до системы-получателя в другом (не обязательно смежном) пункте сигнализации.

Для реализации подобной транспортировки, MTP3 содержит два набора функций: 1) функции обработки сигнальных сообщений и 2) функции адаптации к изменениям в сети ОКС.

Функции обработки сигнальных сообщений

Данный набор функций состоит из следующих блоков:

Функции сортировки сообщений, принимаемых от MTP2 и разделение их по адресам для «своего» пункта сигнализации и адресованные в другие пункты.

Функции распределения сообщений, адресованным в «свой» пункт сигнализации по вышестоящим подсистемам.

Функции маршрутизации сообщений, которые необходимо доставить в другие пункты сигнализации.

Функции адаптации к изменениям в сети

Данный набор функций так же состоит из трех блоков:

Функции управления сигнальным трафиком

Функции управления сигнальными звеньями

Функции управления сигнальными маршрутами

Функции адаптации к изменениям в сети обеспечивают пребывание сети ОКС в состоянии, когда она может предоставлять услуги своим пользователям с заданным качеством, даже в случае возникновения неисправностей. Например, функции управления сигнальным трафиком выполняют процедуры:

перехода на резервное звено

возврата на основное звено

вынужденную ремаршрутизацию

управляемую ремаршрутизацию

Тем самым, достигается очень высокая надежность сети ОКС7.

Рис. 3.2. Формат MSU

3.3 Поток Е1

Описание

Е1 -- это цифровой поток передачи данных, соответствующий первичному уровню европейского стандарта иерархии PDH. В отличие от американской T1, E1 имеет 30 B-каналов каждый по 64 кбит/сек для голоса или данных и 2 канала для сигнализации (30B+D+H) -- один для синхронизации оконечного оборудования -- содержит кодовые синхрослова и биты сигнализации, другой для передачи данных об устанавливаемых соединениях. Общая пропускная способность E1 = 2,048 Мбит/с = 2048 Кбит/c = 2048000 бит/с.

Для многих сигнализаций это так, но с появлением сигнализации SS7 ситуация несколько изменилась. Фиксированным для передачи служебной информации остался только тайм-слот 0. Т.е. в потоке E1 сигнализации нет фиксированного места для слота управления сигнализацией, этот слот может вообще отсутствовать в конкретном потоке или наоборот, в одном потоке могут быть только служебные тайм-слоты.

Это стало возможно потому, что в стандарте ITU-T G.703. тайм-слот 16 не зарезервирован под служебную информацию, а только рекомендован.

Технические характеристики

Технические характеристики интерфейса E1 соответствуют стандарту ITU-T G.703.

Основные рабочие характеристики интерфейса:

Номинальная битовая скорость 2048 кбит/c

Схема кодирования HDB3 (двуполярная высокоплотная схема)

Отдельные линии приема и передачи:

По одному коаксиальному кабелю на прием и передачу (cопротивление = 75 Ом)

По одной симметричной витой паре на прием и передачу (cопротивление = 120 Ом)

Структура потока E1

Линии E1 работают с номинальной скоростью 2048 кбит/с. Передаваемые по линии E1 данные организованы в кадры (frame). Формат кадра E1 показан на рисунке. Использование именно 16 тайм-слотов не обязательно, но рекомендовано для некоторых типов сигнализаций



Рис.3.3. Структура потока Е1.

Формат кадров E1

Каждый кадр E1 содержит 256 бит, разделенных на 32 временных интервала (тайм-слота) по восемь бит в каждом и содержащих передаваемые данные. Скорость передачи составляет 8 000 кадров в секунду и, следовательно, для каждого канала данных (тайм-слота) обеспечивается полоса 64 кбит/с. Число доступных пользователю тайм-слотов составляет от 0 до 31, в зависимости от сигнализации, чаще всего 30 (временной интервал 0 зарезервирован для служебной информации, временной интервал 16 рекомендован, но не обязателен для служебной информации). Соответственно для передачи данных, голоса, могут использоваться слоты с 1 по 31.

Зарезервированный тайм-слот 0 используется для решения двух основных задач:

Передача вспомогательной информации (housekeeping).

В каждом кадре без FAS (нечетные кадры) нулевой тайм-слот содержит вспомогательную информацию, включающую:

Бит 1 называется international (I) и служит главным образом для обнаружения ошибок с использованием функции CRC-4.

Бит 2 всегда имеет значение 1 -- этот факт используется алгоритмами выравнивания кадров.

Бит 3 используется для индикации удаленной тревоги (remote alarm indication или RAI) и сообщает оборудованию на другом конце канала, что в локальном оборудовании потеряно выравнивание кадров или отсутствует входной сигнал.

Остальные биты, обозначаемые Sa4 -- Sa8, предназначены для использования в отдельных странах. Эти биты доступны для пользователей на основе соглашения о значении битов. Оборудование с агентами SNMP может использовать биты Sa4 -Sa8 для управления в пределах основной полосы (in-band). Общая полоса, выделяемая для этих битов (включая Sa4), составляет 4 кбит/с.

Мультикадры - Для расширения объёма полезной информации без расширения полосы кадры организуются в более крупные структуры, называемые мультикадрами (multiframes).

В общем случае используются мультикадры двух типов:

256N содержит 2 кадра (один чётный и один нёчетный). Мультикадры 256N используются в основном там, где пользователям доступен тайм-слот 16. В этом режиме максимальное число временных интервалов для передачи полезной информации составляет 31 (максимальная полезная полоса -- 1984 кбит/с). Для систем, использующих сигнализацию CCS (общая сигнализация или common-channel signaling), в тайм-слоте 16 часто передается информация CCS.

256S содержит 16 кадров. Мультикадры 256S используются в основном там, где тайм-слот 16 служит для сквозной передачи сигналов с использованием CAS (внутриканальная сигнализация или Channel Associated Signaling). CAS обычно используется на соединениях, служащих для передачи голосовых каналов. В этом режиме максимальное число доступных тайм-слотов составляет 30 (максимальная скорость -- 1920 кбит/с).

Мультикадры 256S требуют использования специальных последовательностей выравнивания (Multiframe Alignment Sequence или MAS), передаваемых в тайм-слоте 16 (см. рисунок), вместе с битом Y, который сообщает о потере выравнивания мультикадров. Как показано на рисунке, для каждого канала доступны четыре сигнальных бита (A, B, C и D), что обеспечивает возможность сквозной передачи четырёх состояний сигнала. Каждый кадр мультикадра передает сигнальную информацию двух каналов.

E1 с использованием CRC-4

Когда режим CRC-4 включён, кадры произвольным образом группируются по 16 (эти группы называются мультикадрами CRC-4 и никак не связаны с 16-кадровыми мультикадрами 256S, описанными выше). Мультикадр CRC-4 всегда начинается с кадра, содержащего сигнал выравнивания кадров (FAS). Структура мультикадра CRC-4 идентифицируется шестибитовым сигналом выравнивания мультикадра CRC-4 (multiframe alignment signal), который мультиплексируется в бит 1 нулевого тайм-слота каждого нечетного (1, 3, 5 и т. д.) кадра в мультикадре (до 11 кадров мультикадра CRC-4). Каждый мультикадр CRC-4 делится на две части (submultiframe) по восемь кадров (2048 битов) в каждой.

Детектирование ошибок осуществляется за счет вычисления четырёхбитовой контрольной суммы каждого блока в 2048 битов (submultiframe). Четыре бита контрольной суммы данной части мультикадра побитно мультиплексируются в бит 1 нулевого тайм-слота каждого четного кадра следующей части (submultiframe).

На приемной стороне контрольная сумма рассчитывается заново для каждой части мультикадра и полученное значение сравнивается с переданной контрольной суммой (она содержится в следующей части мультикадра). Результат передается в двух битах, мультиплексируемых в бит 1 нулевого тайм-слота кадров 13 и 15 мультикадра CRC-4. Число ошибок суммируется и используется для подготовки статистики передачи.

Сигнал линии E1 (CEPT)

Базовый сигнал линии E1 кодируется с использованием модуляции HDB3 (High-Density Bipolar order 3 encoding). Формат модуляции HDB3 является развитием метода AMI (Alternate Mark Inversion или поочередное инвертирование).

В формате AMI «единицы» передаются как положительные или отрицательные импульсы, а «нули» -- как нулевое напряжение. Формат AMI не может передавать длинные последовательности нулей, поскольку такие последовательности не позволяют передать сигналы синхронизации.

Правила модуляции HDB3 снимают ограничение на длину максимальной последовательности нулей (протяженность трех импульсов). В более длинные последовательности на передающей стороне вставляются ненулевые импульсы. Чтобы обеспечить на приемной стороне детектирование и удаление лишних импульсов для восстановления исходного сигнала используются специальные нарушения биполярности (bipolar violations) в последовательности данных. Приемная сторона определяет такие нарушения и воспринимает их как часть строки «нулей», удаляя лишнее из сигнала.

...