Особенности построения сетей IP-телефонии

В сети с протоколом SIP можно организовывать централизованные, децентрализованные и комбинированные конференции, на подобие тех, что рассмотрены для стандарта Н.323. В описании протокола SIP не приведены способы организации и управления конференциями, а только лишь процедуры, связанные с обменом сигнальной и мультимедийной информацией. Протокол SIP позволяет образовывать конференции с одноадресной (режим unicasting) и многоадресной (режим multicasting) рассылкой пакетов. Режим unicasting означает, что к каждому терминалу участника конференции передается индивидуальный мультимедийный (например, речевой) поток пакетов с транспортным адресом этого терминала. В режиме multicasting все мультимедийные пакеты одной сессии передаются с одним multicast-адресом, в соответствии с которым они доставляются сетью терминалам участников конференции. В этом случае пакетная сеть должна обеспечить режим многоадресной рассылки. Протокол SIP позволяет во время конференции добавлять или выводить из нее какого-либо участника.

Сеть с протоколом SIP строится с применением следующих устройств (рис. 2.5): прокси-сервера (proxy-server) SIP, сервера регистрации (registrar) и терминалов. К терминалам относятся софтфоны, IP-телефоны и шлюзы. В сети SIP прокси-сервер SIP и сервер регистрации обычно бывают совмещены в одном оборудовании.

Основные функции прокси-сервера SIP состоят в управлении обслуживанием вызовов в сети, доступом пользователей к услугам и в аутентификации пользователей. Он принимает, обрабатывает запросы и по результатам обработки выполняет соответствующие действия: пересылает запрос другому узлу сети, формирует и посылает ответ, обращается к базе данных и так далее.

Прокси-серверы могут быть двух типов: с сохранением (statefull) и без сохранения (stateless) состояний. Сервер с сохранением состояний хранит в своей памяти все входящие и исходящие запросы в течение транзакции, т.е. до получения ответов на них. Сервер без сохранения состояний только ретранслирует поступающие к нему Запросы и ответы. От сервера первого типа требуется большая производительность, но этот тип имеет больше функциональных возможностей. Возможен вариант комбинированного прокси-сервера, когда для одних пользователей он работает с сохранением состояний а для других - без сохранения состояний.

Базовая архитектура сети SIP

Сервер регистрации служит для определения местоположения пользователя в текущий момент времени. Этот сервер управляет базой данных, хранящей информацию о месте положения пользователей сети. Пользователь сообщает о своем местоположении посылкой сообщения REGISTER, в котором указывает свой текущий адрес. Для пользователей, постоянно находящихся в одном месте, достаточно зарегистрироваться только один раз. Пользователи, меняющие свое местоположение, проходят периодическую регистрацию через определенные промежутки времени.

В сети SIP может быть сервер перенаправления (Redirect server), который служит для определения текущего IP-адреса вызываемого пользователя. На этот сервер поступают запросы об определении местоположения пользователя. Он через сервер регистрации или напрямую обращается к базе данных с местоположением пользователей сети. Сервер перенаправления применяется, когда в сети нет прокси-сервера (соединения между терминалами устанавливаются напрямую) или для снижения загрузки прокси-сервера.

При установлении соединений в сети SIP используется адресация, подобная адресации электронной почты. Адрес состоит из двух частей: имени пользователя, зарегистрированного в домене или на узле сети (хосте); имени домена, узла или шлюза. Две части разделены знаком @. Используются четыре типа адресов:

имя пользователя@домен;

имя пользователя@хост;

номер телефона@шлюз;

имя пользователя@IP-адрес.

2.5 Сети IP-телефонии с протоколами MGCP и М EGACO/H .248

Выше было показано, что на сети IP-телефонии применяются шлюзы, в которые включаются АТС и телефонные аппараты TDM- сетей. В таких сетях для управления шлюзами используются контроллеры MGC (Media Gateway Controller), взаимодействующие со шлюзами по протоколам MGCP или MEGACO/H.248. Такой контроллер также называется Call Agent.

На рис. 2.6 показан пример построения сети IP-телефонии на основе протокола MGCP. В IP-сеть включаются медиашлюзы и контроллер. Медиашлюзы в зависимости от назначения делятся на шлюзы доступа -- AG (Access Gateway) и шлюзы соединительных линий -- TG (Trunk Gateway). Шлюзы доступа предназначены для включения аналоговых и/или цифровых абонентских линий и УАТС малой емкости. Шлюзы TG служат для включения в них соединительных линий от АТС TDM-сети. Кроме медиашлюзов на сети IP-телефонии могут устанавливаться шлюзы сигнализации SG (Signaling Gateway) (на рис. 2.6 не показаны). Сигнальный шлюз занимается только преобразованием сигнализации TDM-сети в сигнализацию IP-сети и наоборот. Поэтому на сети с сигнальным шлюзом должен быть хотя бы один медиашлюз, обрабатывающий речевые сигналы. Сложность варианта со шлюзом SG состоит в том, что в этом случае на TDM-сети возникает необходимость в разделении речевых и сигнальных каналов, образованных в цифровых каналах Е1. Шлюз соединительных линий внутри себя раздельно обрабатывает информацию сигнальных и речевых каналов. Сигнальные шлюзы находят применение при подключении АТС большой емкости.

Шлюзы, предназначенные для включения только аналоговых телефонных аппаратов, зачастую называются терминальными адаптерами (ТА).

Контроллер сети обменивается со шлюзами сигнальной информацией в режиме «ведущий-ведомый» (master-slave), причем роль ведущего принадлежит контроллеру. Между контроллером и шлюзами передаются команды и ответы на них. Ответ передается на каждую команду. Команды передаются как от контроллера, так и от шлюзов. С помощью протокола MGCP устанавливаются и нарушаются соединения между абонентами сети. Шлюзы не могут обмениваться между собой сигнальной информацией.

Сеть с протоколом MGСР

На рис. 2.6 приведены примеры соединений, установленных между TG 1 и TG2, TG 1 и AG1, AG1 hAG2. При установлении одного соединения контроллер взаимодействует с двумя или с одним шлюзом, если соединение устанавливается между абонентами, телефонные аппараты которых включены в этот шлюз.

Недостатком протокола MGCP является то, что он не может взаимодействовать с IP-терминалами сети, с такими, как IP-телефоны, софтфоны. В этом случае в сети следует применять сигнализацию SIP или Н.323. На рис. 2.6 показан пример включения в сеть ЕР-телефонов, которые взаимодействуют по протоколу SIP с SIP-сервером (прокси-сервер). Чтобы устанавливать соединения со шлюзами, SIP-сервер должен взаимодействовать с контроллером по протоколу SIP или Н.323.

В случае установления соединения между абонентами двух сетей, работающих с протоколом MGCP, контроллеры должны обмениваться сигнальной информацией по протоколам SIP или Н.323.

Описанные принципы функционирования сети по протоколу MGCP аналогичны для протокола MEGACO/H.248.

2.6 Качество передачи речи в IP-сети

На качество передачи речи в IP-сети наибольшее влияние оказывает задержка речи, джиттер, потери речевых пакетов и эхо.

В телефонной сети задержка рассматривается как интервал времени, затрачиваемого на прохождение электрического речевого сигнала от терминала говорящего до терминала слушающего. В цифровых сетях с коммутацией каналов задержка невелика (не превышает 50 мс) и поэтому с этим явлением сталкиваются только на сетях с большой протяженностью (более нескольких тысяч километров). Кроме того, в таких сетях задержка остается постоянной в течение одного сеанса связи. Сеть с пакетной передачей речи вносит заметно большую задержку, которая является случайной величиной и может меняться в течение сеанса связи. Задержки в сети IP-телефонии появляется в разных точках.

В рекомендации G. 114 МСЭ-Т определены следующие нормы на задержки: хорошее качество передачи речи -- задержка до 150-200 мс, передача речи недопустима при задержке свыше 400 мс.

На рис. 2.7 показаны задержки на примере соединения в сети IP-телефонии с применением двух шлюзов.

Задержки в IP-сетях

В первую очередь это задержки в оконечных устройствах (в IP - телефонах, шлюзах) при передаче и приеме речевых сообщений. Сюда входят задержки накопления, появляющиеся при кодировании и декодировании и зависящие от типа кодека. Как было показано выше, задержка накопления обычно составляет от 10 до 40 мс. В пункте передачи битовые блоки с выхода кодека инкапсулируются в пакеты, которые в дальнейшем посылаются в канал IP-сети. Учитывая, что канал одновременно может обслуживать множество пользователей, посылка пакетов в сеть происходит с ожиданием и пакеты ставятся в очередь. Время ожидания является случайной величиной, зависящей от поступающего на канал трафика и от пропускной способности канала сети. В пункте приема пакеты также ставятся в очередь -- происходит буферизация. Буферизация необходима для устранения явления, получившего название джиттер. Джиттер представляет собой разброс времени доставки пакетов для одного соединения. В пункте передачи речевые пакеты формируются на выходе кодека через фиксированные промежутки времени (например, через каждые 30 мс), а при прохождении через сеть задержки пакетов оказываются неодинаковыми, и они прибывают в пункт назначения через разные промежутки времени. Пакеты могут прийти в неправильной последовательности: пакеты, посланные раньше, поступают в пункт приема позже других пакетов. Из буффа очереди пакеты извлекаются в требуемом порядке и с некоторым запаздыванием, необходимым для снижения джиттера При этом, чем больше время нахождения в буфере, тем меньше будет джиттер, но тем больше становится общее время задержки. В пункте передачи задержка пакетов колеблется в пределах 30-50 мс, а в пункте приема -- в пределах 20-80 мс.

Далее возникает сетевая задержка, обусловленная передачей речевых пакетов через IP-сеть. Главным образом задержка создается маршрутизаторами сети вследствие образования очередей на их входах и выходах, а также из-за необходимости затрачивать заметное время на обработку пакетов с целью их маршрутизации. В коммутаторах также есть задержка, обусловленная прежде всего очередями пакетов на входах и выходах. Сетевая задержка зависит от количества сетевых узлов и от загрузки звеньев сети, входящих в маршрут прохождения пакетов. Для снижения сетевой задержки в IP- сети используют протоколы DifF-Serv и Intserv, которые позволяют вводить приоритеты в обслуживании заданного типа трафика, например -- речевого. Эффективным методом снижения сетевых задержек может быть применение технологии MPLS (Multi Protocol Label Switchin -- многопротокольная коммутация по меткам). Эта технология позволяет заметно снизить время обработки пакетов в узлах сети.

Минимальная задержка в сети IP-телефонии (см. рис. 2.6) составляет примерно 100 мс, а максимальная -- превышает 500 мс. Поскольку в сетях IP-телефонии существует вероятность задержки более чем на 400 мс, то в этих сетях допускается вести разговоры при задержке более 400 мс, но не рекомендуется использовать такую связь для деловых переговоров.

Эхо представляет собой прослушивание говорящим абонентом своего голоса в телефоне с некоторым запаздыванием. Эхо имеет электрическую или акустическую природу. Электрическое эхо появляется вследствие отражения речевого сигнала в точке перехода с четырехпроводного на двухпроводный разговорный тракт, что имеет место при использовании аналогового телефонного аппарата. Если у обоих разговаривающих абонентов установлены цифровые телефонные аппараты (ISDN-телефон, IP-телефон или софтфон) такого эха в цифровой сети не должно быть. Акустическое эхо возникает, когда абонент пользуется телефонным аппаратом в режиме громкой связи (подключены громкоговоритель и микрофон, находящиеся вне трубки). В этом случае звуковые колебания от громкоговорителя попадают через воздух на микрофон и далее возвращаются говорящему абоненту. Для устранения эха в терминалах IP-телефонии используют эхокомпенсаторы, действие которых состоит в вычитании из речевого сигнала, передаваемого в сеть, речевого сигнала, принятого из сети. Эхокомпенсаторы обычно обеспечивают подавление эхосигналов длительностью до 32-64 мс.

3. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ NGN

3.1 Основные понятия

Эволюционное развитие систем связи состоит в постепенном переходе от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов. Такой процесс сопровождается конвергенцией сетей и услуг. Сети с коммутацией пакетов должны предоставить пользователям традиционные услуги с сохранением показателей качества обслуживания. С другой стороны пакетные сети обладают большими функциональными возможностями, чем сети с коммутацией каналов. В них происходит интеграция услуг за счет применения единых средств и методов переноса информации любого вида. Сети с пакетной коммутацией имеют более гибкую структуру, что приводит к лучшей масштабируемости. Наконец в сетях с пакетной коммутацией разделяются функции управления вызовом и передачей пользовательской информации. Например, в сети SIP прокси-сервер только управляет образованием и завершением сеансов связи, а речевая или иная пользовательская информация проходит через транспортную сеть.

Очевидно, возникает вопрос о том, что собой должна представлять перспективная сеть, основывающаяся на пакетной коммутации с учетом сохранения традиционных сетей с коммутацией каналов. Ответом явилась концепция сети следующего поколения NGN (Next Generation Network), предложенная в 2005г. в качестве стандарта институтом ETSI, а в дальнейшем принятая в качестве рекомендаций МСЭ-Т.

Итак, NGN -- это мультисервисная сеть с коммутацией пакетов, способная предоставлять широкий спектр телекоммуникационных услуг на основе широкополосных транспортных технологий, поддерживающих качество обслуживания (QoS -- Quality of Service), в которой обеспечиваемая функциональность не зависит от используемых транспортных технологий. Важным свойством такой сети является отделение функций коммутации от функций предоставления услуг. Такое разделение позволяет гибко добавлять новые услуги по мере их появления.

Сеть NGN основывается на универсальной многопротокольной транспортной сети с распределенной коммутацией, в которую включаются оконечные сетевые узлы, предоставляющие услуги пользователям. В настоящее время транспортная сеть строится в основном Н» базе IP-сети. В последнее время в такой сети все чаще применяют технологию MPLS. В транспортную сеть включаются сети доступа, служащие для подключения терминальных устройств пользователей к оконечным узлам транспортной сети. Управление в сети, к основным подсистемам которого относятся: обслуживание вызовов, управление узлами доступа к сети, поддержка функций сетевых систем сигнализации в сети NGN, обеспечивается программным коммутатором, получившим название Softswitch.

Сети NGN в первую очередь ориентированы на создание современной информационной инфраструктуры разных масштабов, вплоть до глобальной информационной инфраструктуры. В общем случае информационная инфраструктура представляет собой совокупность баз данных, средств обработки информации, взаимодействующих сетей связи и терминалов пользователей. В сети NGN, кроме традиционных услуг, должны предоставляться услуги нового типа, получившие название телекоммуникационных услуг. Инфокоммуникационная услуга предполагает автоматизированную обработку, хранение или предоставление по запросу информации с использованием средств вычислительной техники, как на входящем, так и на исходящем конце соединения. Инфокоммуникационные услуги характеризуются следующими особенностями. Такие услуги оказываются на верхних уровнях модели ВОС (в то время как традиционные услуги связи предоставляются на третьем сетевом уровне). Большинство инфокоммуникационных услуг предполагает наличие клиентской и серверной частей; клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а серверная -- на специальном выделенном узле сети, называемом узлом служб. Инфокоммуникационные услуги, как правило, предполагают передачу информации мультимедиа, которая характеризуется высокими скоростями передачи и несимметричностью входящего и исходящего информационных потоков. Для предоставления инфокоммуникационных услуг зачастую необходимы сложные многоточечные конфигурации соединений, например при организации конференцсвязи. Для инфокоммуникационных услуг характерно разнообразие прикладных протоколов и возможностей по управлению услугами со стороны пользователя. Для идентификации абонентов инфокоммуникационных услуг может использоваться дополнительная адресация в рамках данной инфокоммуникационной услуги.

В традиционной сети взаимоотношения происходят между оператором и пользователем (абонентом) сети. Поскольку предоставление большинства услуг отделено от функций переноса информации через сеть NGN, в ней появляется новый участник -- поставщик услуг.

На сети общего пользования к инфокоммуникационным услугам следует отнести услуги по предоставлению так называемого контента. Контент представляет собой информацию, хранящуюся в базе данных поставщика услуг. Пользователи на основании договорных отношений с поставщиком услуг могут получить доступ к этой информации. Примерами услуг контента могут служить: видео по требованию -- VoD (Video-on-Demand) и музыка по требованию -- MoD (Music-on-Demand), заключающиеся в том, что пользователи могут со своего терминала выбирать и просматривать видеофильмы (VoD) и музыкальные программы (MoD).

К инфокоммуникационным услугам предъявляются следующие требования: мобильность услуг, возможность гибкого и быстрого создания новых услуг и гарантированное качество услуг.

В настоящее время наиболее востребованные услуги NGN определены технологией Triple Play. Эта технология предоставляет пользователю широкополосный канал доступа к сети, через который он получает набор услуг: IP-телефонию, передачу данных и видео. Передача данных, прежде всего, направлена на скоростной доступ к сети Интернет. Видеоуслуги подразделяются: на просмотр телевизионных каналов, организованных на IP-сети -- IPTV; видео по требованию. Поставщик услуг в рамках технологии Triple Play может предлагать и иные услуги: например, «персональный видеомагнитофон» (Personal Video-Recorder) -- пользователь заказывает запись соответствующей телевизионной программы и затем может ее просмотреть в любое время. Видеоуслуги пользователь может получить на свой стандартный телевизионный приемник.

Сеть NGN в зависимости от вида и объема предоставляемых услуг может иметь разную структуру. На рис. 3.1 показан пример построения сети NGN. Вся информация: пользовательская, сигнальная, мониторинга и администрирования, проходит через пакетную сеть IP/MPLS. Централизованное управление в сети осуществляет коммутатор Softswitch, взаимодействующий со всеми узлами доступа и служб. К узлам доступа относятся: AG (Access Gateway) -- шлюз доступа, TG (Trunk Gateway) -- шлюз соединительных линий. Узлы служб представлены сервером приложений и медиасервером.

3.2 Шлюзы доступа

Шлюзы доступа предназначены для включения в них абонентский терминалов: аналоговых и цифровых аппаратов ISDN, соединительных линий к УАТС (например, к УАТС-ISDN), линий к узлам доступа TDM-сети -- AN. Узел доступа может представлять собой концентратор, выносной блок АТС или мультиплексор. Между AG и узлами коммутации TDM-сети применяются системы сигнализации доступа: EDSS1 и V5.2. При непосредственном включении абонентских терминалов шлюзы доступа производят концентрацию трафика. Это означает, что одновременно через шлюз можно установить соединений меньше, чем суммарное количество абонентских терминалов, включенных в шлюз. Пользовательские устройства могут быть включены в интегрированные устройства доступа -IAD (Integrated Access Device). В устройство IAD как минимум включаются аналоговые абонентские линии. Существуют устройства IAD, в которые могут включаться устройства сети Ethernet: компьютеры, IP-телефоны и софтфоны. Для устройств IAD характерно подключение к сети посредством цифровой абонентской линии xDSL, например типа SHDSL (Symmetric High-bit rate Digital Subscriber Line). В этом случае для подключения устройств IAD к пакетной сети необходим мультиплексор доступа DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer). Следует заметить, что в отношении аналоговых телефонных аппаратов устройство IAD играет роль шлюза AG. Шлюз доступа может быть включен в локальную сеть (на рис. 3.1 -- AG4).

Шлюзы доступа AG взаимодействуют с коммутатором Softswitch с применением протоколов управления шлюзами: MGCP, Megaco/H.248.

3.3 Шлюз соединительных линий

Шлюз соединительных линий TG служит для доступа либо к телефонной сети общего пользования (ТФОП), либо к TDM-сети телефонной связи другого оператора связи или другого района технологической сети (например, сети ОбТС). В шлюзе TG выполняются функции ранее рассмотренного сигнального шлюза. Со стороны TDM-сети шлюз TG работает с сигнализацией ОКС № 7 или на сети технологической связи -- с сигнализацией QSIG. Между шлюзом TG и коммутатором Softswitch применяется сигнализация SIP.

Совместно с сигнализацией SIP может использоваться технология переноса сигнальных сообщений через IP-сеть -- Sigtran (Signaling Transport -- транспортирование сигнальной информации). Эта технология позволяет пересылать от точки к точке (на рис. 3.1 -- от TG к Softswitch и обратно) по образованному логическому каналу сигнальные сообщения ОКС № 7, EDSS1 и V5.2. Для транспортировки сигнальных сообщений применяется протокол транспортного уровня IP-сети -- SCTP (Stream Control Transmission Protocol).

Структура сети NGN

В сеть NGN включаются SIP-сети и Н.323-сети, соединения с которыми и между которыми осуществляются через коммутатор Softswitch с применением систем сигнализации SIP и Н.323 соответственно.

В IP/MPLS-сеть могут включаться непосредственно или через сеть LAN (на рис. 3.2 -- LAN2) терминалы, проходящие регистрацию и обслуживаемые напрямую коммутатором Softswitch.

Для связи с другими сетями NGN происходит взаимодействие между коммутаторами Softswitch этих сетей. Коммутаторы обмениваются сигнальной информацией по протоколам SIP/SIP-T. Протокол SIP-T (Session Initiation Protocol for Telephones -- протокол SIP для телефонии) расширяет возможности протокола SIP при взаимодействии с традиционными телефонными сетями. Он позволяет переносить через IP-сеть от точки к точке сообщения подсистемы ISUP сигнализации ОКС № 7 (на рис. 3.2 -- между двумя коммутаторами Softswitch). В более ранних коммутаторах Softswitch взаимодействие может осуществляться по протоколам Н.323 или BICC (Bearer Independent Call Control Protocol -- протокол управления обслуживанием вызова, не зависимый от носителя). Как и внутри одной сети NGN, пользовательский трафик проходит между терминалами, минуя коммутаторы Softswitch.

При взаимодействии сетей NGN двух операторов связи на границе сетей ставится контроллер SBC (Session Board Controller -- пограничный контроллер сеансов). Через такой контроллер пропускаются в обоих направлениях соединений потоки медиа - и сигнальных пакетов. В первую очередь такой контроллер необходим для обеспечения безопасности соединений для каждого оператора связи и для возможности тарификации межсетевого трафика. Контроллер SBC также производит: преобразование сигнальных протоколов SIP и Н.323, преобразование медиатрафика (при передаче речи: преобразование результатов сжатия кодеками разных типов), управление качеством обслуживания QoS (например, через введение механизмов приоритетности обслуживания вызовов), управление допуском принимаемых вызовов в соседнюю сеть (при необходимости некоторым вызовам отказывается в обслуживании, что защищает сеть от так называемых атак и от всплесков нагрузки). Довольно значительна роль контроллера SBC в реализации согласования систем сигнализации SIP или Н.323, поставляемых разными производителями. Традиционно контроллер SBC выполняет преобразование сетевых адресов (NAT -- Network Address Translator) и функции межсетевого экрана (Firewall) -- фильтрация пакетов.

Из рассмотренной схемы построения сети NGN видно, что один коммутатор Softswitch выполняет функции управления всей сетью, в первую очередь управление установлением соединений и разъединениями. С этой точки зрения коммутатор Softswitch аналогичен традиционному узлу коммутации TDM-сети. Однако речевые и иные пользовательские потоки пакетов через него не проходят, а это значит, что собственно коммутация в привычном понимании TDM-сети не производится. Перенос процессов коммутации в транспортную сеть позволил заметно уменьшить объем оборудования и потребление энергии программным коммутатором.

3.4 Коммутатор Softswitch

Основные функции коммутатора Softswitch можно разделить на три уровня: уровень интерфейсов, уровень обслуживания вызовов и сигнализации и прикладной уровень. Коммутатор может также выполнять функции уровня управления услугами и эксплуатацией, но чаще эти функции возлагаются на отдельные системы. Например, управление эксплуатацией происходит в центре технического обслуживания (ЦТО) или в центре технического управления (ЦТУ).

Уровень интерфейсов служит для взаимодействия с транспортной сетью. Обязательными являются интерфейсы, работающие с протоколами сети Ethernet с разными скоростями: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с и 10 Гбит/с и с разной средой передачи: симметричный и коаксиальный медный кабель, оптический кабель, радиоканалы. Возможны интерфейсы сети ATM, для которых чаще используются каналы синхронных систем передачи STM 1, STM4 и другие.

Уровень обслуживания вызовов и сигнализации включает в себя контроллеры разного назначения, обеспечивающих установление соединений и разъединений в сети и между сетями NGN, управление шлюзами и доступом к сети с применением разных протоколов, описанных выше. Для взаимодействия с цифровыми сетями с коммутацией каналов предусмотрены контроллеры систем сигнализации ОКС № 7, ISDN (DSS1, EDSS1, QSIG) и V5.1/V5.2. Контроллер ОКС № 7 может использоваться и для работы в интеллектуальных сетях по протоколу INAP (Intelligent Network Application Protocol -- Прикладной протокол интеллектуальной сети). На этом уровне находит применение контроллер речевых ресурсов, необходимый для управления ресурсами сети для обеспечения заданного качества услуг QoS.

Прикладной уровень служит для предоставления различных услуг пользователям, для взаимодействия с внешними системами мониторинга, администрирования и биллинга. В зависимости от назначения коммутатор Softswitch может предоставлять услуги местной сети (класс 5) или транзита между сетями (класс 4). Коммутатор может быть комбинированным, выполняющим функции классов 4 и 5. Поскольку коммутатор класса 5 непосредственно обслуживает пользователей, он предоставляет более широкий набор услуг, в частности услуги IP-Centrex. Услуги IP-Centrex позволяют в IP-сети организовать выделенные виртуальные сети для отдельных групп пользователей. В каждой группе пользователи могут устанавливать соединения между собой, используя внутреннюю нумерацию. Часть абонентов могут устанавливать соединения вне выделенной сети. Коммутатор класса 5 при обслуживании вызовов и предоставлении услуг взаимодействует с абонентской базой данных. С помощью коммутатора Softswitch могут предоставляться услуги интеллектуальной сети по протоколам INAP и SIP, что обеспечивается взаимодействием с серверами приложений и дополнительных услуг.

Рис. 3.2. Структура коммутатора Softswitch

На рассматриваемом уровне реализуются функции централизованного мониторинга и администрирования.

В случае предоставления оплачиваемых услуг на прикладном уровне должна быть система CDR (Call Detail Record -- запись подробной учетной информации о вызове), которая передает данные о вызовах в биллинговую систему. Последняя для каждого пользователя или группы пользователей обеспечивает начисление платы за предоставленные услуги.

Функции уровня обслуживания вызовов и сигнализации и прикладного уровня реализуются с помощью прикладных программ, для выполнения которых необходимы операционная система и драйверы сетевых услуг.

Коммутатор Softswitch представляет собой централизованную систему управления, которая может обслуживать десятки тысяч пользователей. К этой системе предъявляются наиболее высокие требования по надежности. Как правило, все узлы коммутатора дублируются, или предусматривается резервирование по схеме N+1. Подключение к транспортной сети происходит по нескольким интерфейсам с возможностью маршрутизации пакетов на уровне интерфейсов. Применяется только гарантированная система электропитания.

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1 Принципы пожаров в производственных зданиях РЖУ

Несмотря на деле большие успеха в борьбе с пожарами, общее количество пожаров и убытки от них на железнодорожном транспорте пока еще велики. Поэтому основным и решающим в борьбе с пожарами валяется надлежащая организация пожарно-профилактической работы по ликвидации причин возникновении пожаров. Для этого необходимо проводить систематическое тщательное изучение и анализ причин пожаров, происшедших на объектах и в подвижной состава железнодорожного транспорта, находить, разрабатывать и внедрять наиболее эффективные средства я методы предупреждения пожаров, средства и способы современного обнаружения и ликвидации их в, кратчайшие сроки.

Причины пожаров в производственных зданиях, служебных к складских помещениях, помещениях ОРСов, жилых домах и др. железнодорожного транспорта в основном такие же, как и во всех других отраслях народного хозяйства. К ним относятся:

неосторожное обращение с огнем при проведении электросварочных работ, работ с паяльными лампами, применение местных нагревательных приборов и устройств, недосмотр за приборами отопления при эксплуатации, курение в неположенных местах и т.д.;

неисправность электрооборудования, электрических сетей, электробытовых приборов, нарушение правел пользования ими;

неисправность печей, дымоходов, устройств, работающих на газовом топливе, производственного оборудований, нарушение технологического процесса, несоблюдение правил пожарной безопасности при устройстве, содержании и эксплуатация их;

самовозгорание или самовоспламенений горючих веществ, промасленной одежды, тряпок и других материалов;

загорание материалов вследствие грозовых разрядов, статического электричества;

умышленные поджоги, шалость детей и др.

4.2 Расчет сил и средств для тушения пожара возникшего в производственном помещении

1. Определим путь (L), пройденный фронтом пламени за время свободного пожара (ф_св=14 мин). Так как время свободного развития пожара более 10 мин, расчеты будем производить по формулам, предназначенным для расчета площади пожара при ф_св>10 мин;

Lф=14 мин =5Vл + Vл ? ф2=5 ? 1,5+1,5 ? 4,0 = 13,5 м,

где Vл - линейная скорость распространения фронта пламени (пожара), равная 1,5 м/мин согласно условию задачи;

ф₂ =ф_св -10 = 14-10=4 мин.

Поскольку по условию задачи первоначальный очаг пожара

принят тачечным и расположен в центре помещения, а пожарная нагрузка однородная и равномерно размешена по площади пола помещения, фронт пожара с момента его возникновения будет перемещаться по пожарной нагрузке с одинаковой скоростью во всех направлениях до момента достижения продольных стен помещения (L?10 м; см. рис. 4.1.).

Размещено на http://www.allbest.ru/

66

Рис. 4.1. Фронт пожара

При этом площадь пожара будет иметь круговую форм). После достижения фронтом пожара продольных стен помещения (для условия данной задачи L=10 м) последние будут оказывать влияние на геометрическую форму пожара. В рассматриваемом случае пожар переходит из кругового в прямоугольный с двухсторонним направлением распространения (в восточном и западном направлениях).

Так, на расчетной 14-й мин фронт пожара распространяется из первоначального очага на расстояние 13,5 м (L^ф=14мин = 13,5 м), что больше расстояния до продольных стен помещения (L=10 м). Следовательно, площадь пожара в этот момент времени будет иметь прямоугольную форму. Площадь пожара на 14-й мин может быть рассчитана по формуле:

=n ^. Lф=14 мин ^. а=2 ^. 13,5 ^. 20=540 м2.

где а - ширина помещения, м;

n - количество направлений распространения пожара при двухстороннем распространении п=2.

2. Определим возможность локализации пожара первым подразделением, подавшим на 14-й мин пожара один ствол РС-70 (с диаметром насадка 19 мм, q_ств=7,0 л/с) с восточной стороны помещения.

Известно, что основным условием локализации пожара является равенство фактического расхода воды (т. е. подаваемого на тушение пожарными подразделениями) требуемому (расчетному) в определенный момент времени развития пожара или превышение фактического расхода над требуемым:

.

Фактический расход воды, поданный на тушение пожара на 14-й мни, согласно условию задачи составляет 7,0 л/с (=7,0 л/с). Определим требуемый расход. В связи с тем, что на 14-й мин пожар имеет прямоугольную форму и двухстороннее распространение, локализацию пожара осуществляют по фронту распространения, т. е. через входы с восточной и западной сторон. Требуемый для локализации пожара расход воды определим по следующей формуле:

.

где n - количество направлений распространения пожара, в данном случае n=2;

а - ширина помещения, согласно условию задачи составляет 20 м;

h_т - глубина тушения, для ручных стволов принимается равной 5 м, а для лафетных - 10 м;

I_тр - требуемая интенсивность подачи воды, данная в условии задачи, 0,15 л/с ^. м².

На основании выполненных расчетов и сравнения значений фактического и требуемого расходов на 14-й мин может сделать вывод, что пожарные подразделения не могут локализовать пожар в этот момент времени, так как фактически расход меньше требуемого:

.

7 л/с<30 л/с.

Из рис. нетрудно заметить, что, начиная с 14-й мин пожара и далее, вплоть до момента его локализации, значения^: площади тушения на восточном и западном направлениях будут равны и иметь постоянное значение. Следовательно, будут равны и требуемые расходы воды для ограничения распространения пожара на этих направлениях.

Таким образом, при

А значение требуемого расхода воды для локализации пожара, начиная с этого момента времени, будет иметь также постоянное значение - 30 л/с.

Из сравнения значения фактического расхода воды, поданного на 14-й мине восточной стороны помещения и, (=7,0 л/с), с требуемым расходом воды для ограничении распространения пожара в восточном направлении (=15,0 л/с) делаем вывод, что поданным на 14-й мин стволом РС^.70 (d_н=19 мм) пожарное подразделение не может осуществить не только локализацию пожара, но и ограничение его распространения с направления подачи ствола. Следовательно, после введения первого ствола (ф = 14 мин) пожар будет распространяться в восточном и западном направлено по в соответствии с принятым в пожарно-технической литературе допущением, после введения первого ствола при Q_ф(ф)<Q_тр(ф) линейная скорость распространения пожара будет составлять 50% от табличного значения (V_л=0,5) вплоть до момента его локализации, при котором V_л=0.

3. Поскольку после 14-й мни пожара его площадь имеет форму прямоугольника с двухсторонним направлением (см. рис.) и такой характер он будет иметь вплоть до охвата всей площади помещения, если не будут ранее выполнены условия локализации, мы можем пропустить все промежуточные расчеты и, обратившись к условию задачи, определить момент ограничения распространения пожара на одном из направлений и момент локализации. То есть необходимо проанализировать изменение фактических расходов воды по времени и направлениям распространения пожара и сравнить их с требуемым расходом, значение которого вычислено выше.

Нетрудно заметить, что сначала произойдет ограничение распространения пожара на восточном направлении на 21-й мин, так как в этот момент времени с восточного направления будет подано 2 ствола РС-70 и один ствол РС-50 с суммарным расходом воды л/с, что больше требуемого л/с. А с западного направления в этот момент времени будет подан только один ствол РС-70 с расходом 7,0 л/с, что меньше требуемого.

Следовательно, начиная с 21-й мин пожара он будет распространяться только в западном направлении, т. е. иметь одностороннее прямоугольное распространение. Площадь пожара на 21-й мин может быть вычислена по формуле

При этом путь, пройденный фронтом пламени из первоначального очага пожара соответственно в восточном и западном направлениях, будет равен:

м.

Локализация пожара наступит в момент времени, когда фактический, расход воды на западном направлении достигнет значения, разного или больше требуемого. Согласно условию задачи, это произойдёт на 23-й мин, так как в это время пожарные подразделения обеспечивают на этом направлении подачу воды с суммарным ее расходом Q_ф=17 л/с, что больше требуемого (15 л/с). То есть на 23-й мин продвижение фронта пожара в восточном и западном направлениях остановлено (V_л=0) и площадь пожара больше не будет увеличиваться, т.е. достигнет своего максимального значения.

4. Определим площадь пожара на момент локализации, т. е. на 23-й мин, по формуле

.

где - прирост площади пожара в промежутке времени между 21-й и 23-й минутами;

n - количество направлений распространения пожара после 21-й мин, принимается равным 1.

Тогда

Путь, пройденный фронтом пламени в западном направлении к моменту локализации пожара, т. е. к 23-й мин, будет равен:

Нетрудно заметить, что в момент локализации пожара его ремонт будет остановлен на различных расстояниях (L) от первоначального места возникновения с восточной и западной сторон помещения.

Для удобства построения совмещенного графика расчетные данные сведем в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Локализации пожара

Время мин	Площадь пожара м2	Площадь тушения, суммарная и по направлениям, м2	Фактический расход воды, суммарный и по направлениям, л/с	Требуемый расход воды, суммарный и по направлениям, м2	Примечания
		сук	вост.	зап.	сук.	вост.	зап.	сум.	вост.	зап.
14 17 21 23 27 40	540 - 750 780 780	200 200 200 200 200	100 100 100 100 100	100 100 100 100 100	7 14 24,5 34,5 38	7 7 17,5 17,5 17,5	- 7 7 17 20,5	30 30 30 30 30	15 15 15 15 15	15 15 15 15 15	Ограничение распространение Локализация Ликвидация

6. Определяем фактический удельный расход воды на тушение пожара. Под удельным расходом воды понимается количество воды, поданное на единицу площади пожара за время его тушения.

Аналитически удельный расход выражается следующей формулой:

.

где - суммарное количество воды, поданное за время тушения, л;

- площадь локализованного пожара, м², так как максимального значения площадь пожара достигает в момент локализации.

Определяем время работы стволов на пожаре, вводимых пожарными подразделениями, которое равно разности между моментом ликвидации и временем введения ствола. Для удобства расчеты сведем в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Время работы стволов

Время введения стволов, мин	Количество РС-50 и расход, л/с	Количество РС-70 и расход, л/с	Время ликви- дации мин	Время работы стволов, мин	Кол-во Поданной воды, л
14 17 21 23 27	1.3,5=3,5 1.3,5=3,5	1.7=7 1.7=7 1.7=7 1.10=10	40 40 40 40 40	26 23 19 17 13	10 930 9 660 1 1 970 10 200 2 730

Удельный расход воды при тушении пожара в данной задаче будет равен:

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выпускной работе рассмотрены вопросы особенности построения сети IP-телефонии. В первой главе настоящей работы рассмотрено построение мультисервисных сетей с коммутацией пакетов. Показано, что в сети ISDN можно передавать речь, видео и данные, но при этом средства передачи не будут едиными, а при переходе на коммутацию пакетов стало возможным передавать по сети разнородный график: речь, видео и данные едиными средствами и по единой технологии - мультисервисная сеть.

Во второй главе рассмотрены основные принципы передачи речи в сети IP-телефонии, виды систем сигнализации в сети, сети с протоколами Н.323, SIP, MGCP и MEGACO / Н.248, качество передачи речи.

В третьей главе рассмотрены основы построения сетей NGN, шлюзы доступа, соединительных линий и особенности коммутатора Softswitch.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лебединский А.К. и др. Автоматическая телефонная связь на железнодорожном транспорте. М.: 2008.

2. Виноградов В.В. и др. Волоконно-оптические линии связи. М.: 2002.

3. Волков В.М. и др. Электрическая связь и радио на железнодорожном транспорте. М.: «Транспорт», 1991.

4. Волков В.М., Зарько А.П., Прокофьев В.А. Технологическая телефонная связь на железнодорожном троанспорте. М.: «Транспорт», 1990.

5. Линденбаум М.Д., Ульяницкий Е.М. Надежность информационных систем. М. 2007.

6. Под редакцией Юркина Ю.В. Оперативно-технологическая связь на железнодорожном транспорте М.: 2007.

7. Каримов Р.К. Системы оперативно-технологической связи. Т.: “O'QITUVCHI”, 2007.

8. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника. М.: «Радио и связь», 2000.

9. Золотницкий Н.Д. и др. Охрана труда в строительства. М.: Высшая школа. 1978г.

10. Бушуев В.П., Пчелинуев В.А. и др. Огнестойкость зданий из 2-ое. М.: 1970г.

Размещено на Allbest.ru

...